一.介绍单链表
1.链表及单链表
(1)什么是链表
链表是一种物理存储结构上非连续存储结构,数据元素的逻辑顺序是通过链表中的引用链接次序实现的。
例如下面的这种数据结构,由一个个的结点组成。每个结点中存储着数据,又存储着其他结点的地址。
(2)什么是单链表
链表有三个特点:单向和双向、带头和不带头、循环和不循环;三三组合起来,一共8种情况(比如单向不带头不循环链表,就是本节的单向链表)。
单向和双向:单向表示每个结点只存后一个结点的地址;双向表示每个结点存放前后结点的地址。
区别:双向链表可以知道某个结点的前面结点,单向链表只能找到它后面的结点
带头和不带头:带头的链表会有一个固定的头结点(也称为哨兵位),所有操作都在头结点后面操作;不带头的链表则会自己定义一个结点用来表示当前链表的头,该结点也称为头结点,但是该头结点的位置是不停的变化的
区别:带头的链表,头结点的位置是固定不变的
循环和非循环:循环的链表,最后一个结点存放第一个结点的地址,非循环的链表最后一个结点存放的地址为null,也就是不指向任何的结点
区别:循环的链表也可以称为环,链表的遍历不会结束,而非循环会结束
本节介绍的单链表为:单向不带头非循环的链表,如下图的链表
2.定义一个链表
(1)定义一个链表(单独一个类)
public class MyList{ }
(2)将链表的功能包装称接口
public interface IList { public void addFirst(int data);//头插 public void addLast(int data);//尾插 public void add(int index,int data);//任意位置插入 public boolean contains(int key);//检查key元素是否存在 public void remove(int key);//删除第一个key public void removeAll(int key);//删除所有key public int size();//求链表的长度 public void clear();//清空链表 public void show();//打印链表 }
(3)链表实现该接口并重写方法
public class MyList implements IList{ @Override public void addFirst(int data) { //头插 } @Override public void addLast(int data) { //尾插 } @Override public void add(int index, int data) { //指定位置插入 } @Override public boolean contains(int key) { //查找key元素 } @Override public void remove(int key) { //删除第一个key } @Override public void removeAll(int key) { //删除所有key结点 } @Override public int size() { //求链表大小 } @Override public void clear() { //清空链表 } @Override public void show() { } }
(4)定义链表的结点
我们将结点定义成一个内部类:包括数据域(data)和next域(存放下一个结点的地址)
public class MyList implements IList{ class ListNode { public int data;//数据域 public ListNode next; public ListNode(int data) { this.data = data; } } public ListNode head;//定位头的位置 @Override public void addFirst(int data) { //头插 } @Override public void addLast(int data) { //尾插 } @Override public void add(int index, int data) { //指定位置插入 } @Override public boolean contains(int key) { //查找key元素 } @Override public void remove(int key) { //删除第一个key } @Override public void removeAll(int key) { //删除所有key结点 } @Override public int size() { //求链表大小 } @Override public void clear() { //清空链表 } @Override public void show() { } }
这样一个链表的基本结构就定义完成,接下来就是实现链表的一些功能即可
二.实现单链表的功能
链表的功能大概有以下几种,插入数据(头插,尾插,随机插入),打印链表的数据,删除链表的数据,查找某个元素和监测链表的大小。
接下来我们慢慢了解
1.插入数据
(1)头插法
下面的是头插法的代码
public void addFirst(int data) { //头插 ListNode node = new ListNode(data); node.next = head;// head = node; }
第一步:需要创造一个新的结点出来
第二步:连接链表;分为两种情况:第一种是空链表的时候(一个结点都没有的时候),另一种是非空链表的时候。以上的代码都满足
(2)尾插法
尾插法的逻辑稍微复杂一点点,同样需要考虑链表的两种情况;空链表时需要单独讨论,而当链表非空时,则需要找链表的尾巴。
第一步:创造新的结点
ListNode node = new ListNode(data);
第二步:考虑空链表的情况
if(head == null) { head = node; return; }
第三步:找链表的尾巴
这个注意,我们不能移动head,head需要保持不动,不然链表的头将不见。
ListNode cur = head; while(cur.next!=null) { cur = cur.next; }
第四步:将新的结点连接到尾结点后面即可
cur.next = node;
完整的尾插法代码:
public void addLast(int data) { //尾插 ListNode node = new ListNode(data); if(head == null) { head = node; return; } ListNode cur = head; while(cur.next!=null) { cur = cur.next; } cur.next = node; }
(3)随机位置插入
public void add(int index, int data)
随机位置插入,需要用户指定插入的位置和值;所以需要讨论以下的情况
第一步:创造新的结点
ListNode node = new ListNode(data);
第二步:检查用户指定插入的位置是否合法
if(index < 0 || index > size()) { System.out.println("插入位置不合法"); return; }
第三步:检查链表是否为空
if(head == null) { head = node; return; }
第四步:检查是否为头插法
如果是头插法就直接调用头插法就可以,不需要再浪费时间去写这个代码。尾插法需要单独考虑,和普通插入当成一种即可。
if(index == 0) { addFirst(data); return; }
第五步:找到插入位置的前一个结点
在单链表中,只能找前一个的位置,如果找的是后一个位置,将无法获取前结点的信息
int count = index-1; ListNode cur = head; while(count > 0) { cur = cur.next; count--; }
此时的cur指向插入位置的前一个结点
第六步:插入新的结点
插入新的结点都是要求连接后面,再连接前面
node.next = cur.next; cur.next = node;
完整代码:
public void add(int index, int data) { //指定位置插入 ListNode node = new ListNode(data); ListNode cur = head; //1.检查位置是否合法 if(index < 0 || index > size()) { System.out.println("插入位置不合法"); return; } //2.空链表情况 if(head == null) { head = node; return; } //3.头插法情况(index = 0) if(index == 0) { addFirst(data); return; } //4.找前位置 int count = index-1; while(count > 0) { cur = cur.next; count--; } //5.插入数据 node.next = cur.next; cur.next = node; }
2.打印链表
打印链表比较简单,就是需要将链表遍历一遍即可,同样的道理,不能动head
public void show() { //打印 ListNode cur = head; while(cur!=null) { System.out.print(cur.data+" "); cur = cur.next; } }
3.删除数据
删除数据分为两种:一种是删除一个key结点;另一种是删除所以的key结点。删除的参数都是根据结点的值来判断
下面我们一起来查看这两种的代码和思路
(1)删除第一个key结点
第一步:判断是否为空链表
如果是空链表的情况,无论如果都无法删除,直接返回就好
if(head == null) { System.out.println("链表为空,无法删除"); return; }
第二步:单独考虑头结点是否是目标结点
if(head.data == key) { head = head.next; return; }
第三步:一边遍历链表一边删除结点
这里只需要遍历一遍就可以完成,不需要再找什么前结点;下面的代码是判断下一个结点是否为删除的结点,如果是,直接断开连接就好,不是则继续往下走
ListNode cur = head; while(cur.next!=null) { if(cur.next.data==key) { cur.next = cur.next.next;//删除操作 return; }else { cur = cur.next; } }
第四步:链表中不存在key结点
System.out.println("没有该结点,删除失败!");
完整代码:
public void remove(int key) { //删除第一个key //1.空表 if(head == null) { System.out.println("链表为空,无法删除"); return; } //2.头结点就是目标结点 if(head.data == key) { head = head.next; return; } //3.正常删除 ListNode cur = head; while(cur.next!=null) { if(cur.next.data==key) { cur.next = cur.next.next;//删除操作 return; }else { cur = cur.next; } } //4.找不到 System.out.println("没有该结点,删除失败!"); }
(2)删除所有的key结点
删除所有的结点是在删除一个key结点的前提下改进即可,删除一个key结点时,直接返回了,然后删除所有的key,我们不返回就好。下面分三步
第一步:判断是否为空链表
if(head == null) { System.out.println("链表为空,无法删除"); return; }
第二步:删除头结点后面的所有key结点
下面的代码无法删除头结点,所以头结点的情况单独考虑并且放在最后面
ListNode cur = head.next;//需要删除的结点 ListNode prev = head;//删除结点的前一个 //2.删除中间的结点 while(cur != null) { if(cur.data != key) { prev = cur;//让prev走到cur的位置 cur = cur.next;//cur往下走 }else { prev.next = cur.next; cur = cur.next; } }
第三步:删除头结点
if(head.data == key) { head = head.next; }
完整代码:
public void removeAll(int key) { //删除所有key结点 //1.检查空链表情况 if(head == null) { System.out.println("链表为空,无法删除"); return; } ListNode cur = head.next;//需要删除的结点 ListNode prev = head;//删除结点的前一个 //2.删除中间的结点 while(cur != null) { if(cur.data != key) { prev = cur;//让prev走到cur的位置 cur = cur.next;//cur往下走 }else { prev.next = cur.next; cur = cur.next; } } //3.删除头结点 if(head.data == key) { head = head.next; } }
4.查找某个元素
查找某个元素是否存在时,根据结点的值去查找
如果结点存在,返回true;不存在则返回false
public boolean contains(int key) { //查找key元素 ListNode cur = head; while(cur!=null) { if(cur.data == key) { return true; } cur = cur.next; } return false; }
5.检测链表大小
求链表的结点个数只需要遍历一遍链表即可,每走到一个结点的位置,计数器就家加1,最后返回即可
public int size() { //求链表大小 ListNode cur = head; int count = 0; while(cur!=null) { count++; cur = cur.next; } return count; }
6.完整的链表
public class MyList implements IList{ class ListNode { public int data;//数据域 public ListNode next; public ListNode(int data) { this.data = data; } } public ListNode head;//定位头的位置 @Override public void addFirst(int data) { //头插 ListNode node = new ListNode(data); node.next = head;// head = node; } @Override public void addLast(int data) { //尾插 ListNode node = new ListNode(data); if(head == null) { head = node; return; } ListNode cur = head; while(cur.next!=null) { cur = cur.next; } cur.next = node; } @Override public void add(int index, int data) { //指定位置插入 ListNode node = new ListNode(data); //1.检查位置是否合法 if(index < 0 || index > size()) { System.out.println("插入位置不合法"); return; } //2.空链表情况 if(head == null) { head = node; return; } //3.头插法情况(index = 0) if(index == 0) { addFirst(data); return; } //4.找前位置 int count = index-1; ListNode cur = head; while(count > 0) { cur = cur.next; count--; } //5.插入数据 node.next = cur.next; cur.next = node; } @Override public boolean contains(int key) { //查找key元素 ListNode cur = head; while(cur!=null) { if(cur.data == key) { return true; } cur = cur.next; } return false; } @Override public void remove(int key) { //删除第一个key //1.空表 if(head == null) { System.out.println("链表为空,无法删除"); return; } //2.头结点就是目标结点 if(head.data == key) { head = head.next; return; } //3.正常删除 ListNode cur = head; while(cur.next!=null) { if(cur.next.data==key) { cur.next = cur.next.next;//删除操作 return; }else { cur = cur.next; } } //4.找不到 System.out.println("没有该结点,删除失败!"); } @Override public void removeAll(int key) { //删除所有key结点 //1.检查空链表情况 if(head == null) { System.out.println("链表为空,无法删除"); return; } ListNode cur = head.next;//需要删除的结点 ListNode prev = head;//删除结点的前一个 //2.删除中间的结点 while(cur != null) { if(cur.data != key) { prev = cur;//让prev走到cur的位置 cur = cur.next;//cur往下走 }else { prev.next = cur.next; cur = cur.next; } } //3.删除头结点 if(head.data == key) { head = head.next; } } @Override public int size() { //求链表大小 ListNode cur = head; int count = 0; while(cur!=null) { count++; cur = cur.next; } return count; } @Override public void clear() { //清空链表 head = null; } @Override public void show() { //打印 ListNode cur = head; while(cur!=null) { System.out.print(cur.data+" "); cur = cur.next; } } }
接口:
public interface IList { public void addFirst(int data);//头插 public void addLast(int data);//尾插 public void add(int index,int data);//任意位置插入 public boolean contains(int key);//检查key元素是否存在 public void remove(int key);//删除第一个key public void removeAll(int key);//删除所有key public int size();//求链表的长度 public void clear();//清空链表 public void show();//打印链表 }
实例化链表对象:
public static void main(String[] args) { MyList myList = new MyList();//实例化链表对象 myList.addLast(8); myList.addLast(1); myList.addLast(4); myList.show(); }
本节单链表的实现就到这里了,快去自己模拟实现一下吧!