图解Java数据结构之单链表

本篇文章介绍数据结构中的单链表。

链表(Linked List)介绍

链表可分为三类：

1. 单链表
2. 双向链表
3. 循环列表

下面具体分析三个链表的应用。

单链表

链表是有序的列表，它在内存中存储方式如下：

虽然链表是有序列表，但是其元素并不是连续存储的。我们从图中可以看出，a1的next域为110，而地址为110的元素为a2；a2的next域为180，而地址为180的元素为a3，以此类推。
综上所述：

• 链表是以节点的方式来存储的
• 每个节点包含data域(存储数据)，next域(指向下一个节点)
• 链表的各个节点不一定是连续存储的

对单链表的概念和特点有所了解之后，我们通过一个案例来感受一下单链表的魅力所在。
需求：使用带head头节点的单向链表实现——水浒英雄排行榜管理，完成对英雄人物的增删改查操作。

根据该示意图，我们可以得出创建单链表的具体过程：

1. 先创建一个head头节点，不存储数据，作用就是表示单链表的头
2. 后面每添加一个节点，就直接加入到链表的末尾

分析过后，我们用代码实现：

//定义SingleLinkedList 管理英雄
class SingleLinkedList {
   
    // 初始化一个头节点 不存放具体数据
    private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");

    // 添加节点到单向链表
    public void add(HeroNode heroNode) {
   
        // 当不考虑编号的顺序时:
        // 1、找到当前链表的最后节点
        // 2、将最后这个节点的next域指向新的节点即可

        // 因为head头节点不能动，因此我们需要一个辅助节点temp
        HeroNode temp = head;
        // 遍历链表，找到尾节点
        while (true) {
   
            // 找到链表的尾节点
            if (temp.next == null) {
   
                break;
            }
            // 如果不是尾节点，将temp后移
            temp = temp.next;
        }

        // 循环结束后，temp指向的是尾节点
        temp.next = heroNode;// 将next域指向新节点
    }

    // 显示链表
    public void list() {
   
        // 判断链表是否为空
        if (head.next == null) {
   
            System.out.println("链表为空");
            return;
        }
        // 创建一个辅助节点
        HeroNode temp = head.next;
        while (true) {
   
            // 判断是否到了链表末尾
            if (temp == null) {
   
                break;
            }
            // 输出节点信息
            System.out.println(temp);
            // 将temp后移
            temp = temp.next;
        }
    }
}

//定义HeroNode，每个HeroNode对象就是一个节点
class HeroNode {
   
    public int no;
    public String name;
    public String nickname;
    public HeroNode next;// 指向下一个节点

    // 构造器
    public HeroNode(int no, String name, String nickname) {
   
        this.no = no;
        this.name = name;
        this.nickname = nickname;
    }

    @Override
    public String toString() {
   
        return "HeroNode [no=" + no + ", name=" + name + ", nickname=" + nickname + "]";
    }
}

这样链表就编写完毕了，接下来编写测试代码：

    public static void main(String[] args) {
   
        // 创建节点
        HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", " 及时雨");
        HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
        HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
        HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林冲", "豹子头");

        // 创建链表
        SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
        // 加入链表
        singleLinkedList.add(hero1);
        singleLinkedList.add(hero2);
        singleLinkedList.add(hero3);
        singleLinkedList.add(hero4);

        // 显示链表
        singleLinkedList.list();
    }

运行结果：

HeroNode [no=1, name=宋江, nickname= 及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickname=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickname=豹子头]

现在这个程序虽然可以创建链表，但是它并不能保证元素按照编号进行排序，它只是按照添加的顺序进行创建的。
那么如何使英雄在添加进链表的时候始终按照排名添加呢？
我们来分析一下：

1. 首先要找到新添加的节点位置，通过一个辅助节点
2. 让新节点的next等于辅助节点的next，因为辅助节点已经找到了要添加的位置，所以将辅助节点的next赋给新节点的next即可
3. 将新节点的赋值给辅助节点的next

下面是代码实现：

//定义SingleLinkedList 管理英雄
class SingleLinkedList {
   
    // 初始化一个头节点 不存放具体数据
    private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");

    // 第二种添加方式，根据排名进行添加
    public void addByOrder(HeroNode heroNode) {
   
        // 创建辅助节点帮助找到添加的位置
        // 因为是单链表，因此辅助节点的位置应该是添加位置的前一个节点
        HeroNode temp = head;
        boolean flag = false;// 标识英雄的编号是否存在
        while (true) {
   
            if (temp.next == null) {
   
                // 此时temp已经在链表末尾
                break;
            }
            if (temp.next.no > heroNode.no) {
   
                // 位置找到，就在temp的后面
                break;
            } else if (temp.next.no == heroNode.no) {
   
                // 编号已存在
                flag = true;
                break;
            }
            temp = temp.next;// 将temp后移
        }
        // 循环结束后，判断flag
        if (flag) {
   
            // 编号存在，不能添加
            System.out.println("准备插入的英雄编号" + heroNode.no + "重复，不能加入");
        } else {
   
            // 插入到链表中
            heroNode.next = temp.next;
            temp.next = heroNode;
        }
    }

    // 显示链表
    public void list() {
   
        // 判断链表是否为空
        if (head.next == null) {
   
            System.out.println("链表为空");
            return;
        }
        // 创建一个辅助节点
        HeroNode temp = head.next;
        while (true) {
   
            // 判断是否到了链表末尾
            if (temp == null) {
   
                break;
            }
            // 输出节点信息
            System.out.println(temp);
            // 将temp后移
            temp = temp.next;
        }
    }
}

编写测试代码：

public static void main(String[] args) {
   
        // 创建节点
        HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", " 及时雨");
        HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
        HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
        HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林冲", "豹子头");

        // 创建链表
        SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
        // 加入链表

        singleLinkedList.addByOrder(hero1);
        singleLinkedList.addByOrder(hero3);
        singleLinkedList.addByOrder(hero4);
        singleLinkedList.addByOrder(hero2);

        // 显示链表
        singleLinkedList.list();
    }

运行效果：

HeroNode [no=1, name=宋江, nickname= 及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickname=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickname=豹子头]

此时即使添加顺序不正确，在插入后链表依然将英雄排名进行了排序，这是在插入的时候就已经完成了排序。

单链表节点的修改

通过上面的分析和实践，我们已经知道如何去创建一个单链表，那么如何对单链表的节点修改呢？

// 修改节点的信息，根据no编号来修改
    public void update(HeroNode newHeroNode) {
   
        // 根据newHeroNode的编号进行修改
        // 判断链表是否为空
        if (head == null) {
   
            System.out.println("链表为空");
            return;
        }
        // 找到需要修改的节点
        // 定义辅助节点
        HeroNode temp = head.next;
        boolean flag = false;// 表示是否找到该节点
        while (true) {
   
            if (temp == null) {
   
                break;// 链表遍历结束
            }
            if (temp.no == newHeroNode.no) {
   
                // 找到需要修改的节点
                flag = true;
                break;
            }
            temp = temp.next;// 将temp后移
        }
        // 根据flag判断是否已经找到要修改的节点
        if (flag) {
   
            temp.name = newHeroNode.name;
            temp.nickname = newHeroNode.nickname;
        } else {
   
            // 没有找到节点
            System.out.println("没有找到");
        }
    }

修改的实现相对来说就非常简单了。
下面测试一下：

    public static void main(String[] args) {
   
        // 创建节点
        HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", " 及时雨");
        HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
        HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
        HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林冲", "豹子头");

        // 创建链表
        SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
        singleLinkedList.addByOrder(hero1);
        singleLinkedList.addByOrder(hero3);
        singleLinkedList.addByOrder(hero4);
        singleLinkedList.addByOrder(hero2);

        //修改节点
        HeroNode newHeroNode = new HeroNode(2, "小卢","~玉麒麟~");
        singleLinkedList.update(newHeroNode);

        // 显示链表
        singleLinkedList.list();
    }

运行结果：

HeroNode [no=1, name=宋江, nickname= 及时雨]
HeroNode [no=2, name=小卢, nickname=~玉麒麟~]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickname=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickname=豹子头]

编号为2的英雄信息就被修改过来了。

单链表节点的删除

接下来是最后一个操作，删除。
首先分析一下：

1. 先找到需要删除节点的前一个节点，通过一个辅助节点temp
2. temp.next = temp.next.next，也就是说需要删除节点的前一个节点本来指向的是删除节点，然后我们使其指向删除节点的下一个节点，直接跳过删除节点，这样该节点也就相当于被删除了
3. 被删除的节点将不会有其它引用指向，会被垃圾回收器回收

接下来是代码实现：

    // 删除节点
    public void delete(int no) {
   
        // 定义辅助节点
        HeroNode temp = head;
        boolean flag = false;// 是否找到待删除节点的前一个节点
        while (true) {
   
            if (temp.next == null) {
   
                // 遍历结束
                break;
            }
            if (temp.next.no == no) {
   
                // 找到
                flag = true;
                break;
            }
            temp = temp.next;// 将temp后移
        }
        // 判断flag
        if (flag) {
   
            // 找到
            // 可以删除
            temp.next = temp.next.next;
        } else {
   
            // 未找到
            System.out.println("要删除的节点不存在");
        }
    }

测试代码：

    public static void main(String[] args) {
   
        // 创建节点
        HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", " 及时雨");
        HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
        HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
        HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林冲", "豹子头");

        // 创建链表
        SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
        singleLinkedList.addByOrder(hero1);
        singleLinkedList.addByOrder(hero3);
        singleLinkedList.addByOrder(hero4);
        singleLinkedList.addByOrder(hero2);

        //删除节点
        singleLinkedList.delete(1);

        // 显示链表
        singleLinkedList.list();
    }

运行结果：

HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickname=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickname=豹子头]

宋江被成功删除。

到这里，关于单链表的增删改查操作就全部讲解结束。关于单链表操作的分析是至关重要的，如果无法分析出来，无法理解这一过程，那么你将很难写出代码实现。