1、链表(Linked List)介绍
1.1、内存结构
- 内存上来看：链表存储空间不连续（不像数组）
1.2、逻辑结构
- 逻辑上来看：链表属于线性结构
1.3、链表特点
- 链表是以节点的方式来存储，是链式存储
- data 域存放数据，next 域指向下一个节点
- 链表分带头节点的链表和没有头节点的链表， 根据实际的需求来确定
2、链表应用场景
2.1、水浒英雄榜
- 使用带 head 头的单向链表实现【水浒英雄排行榜管理】
2.2、链表节点定义
- no ：英雄编号
- name ：英雄名字
- nickName ：英雄昵称
- next ：指向下一个 HeroNode 节点
//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; } // 为了显示方法，我们重新toString @Override public String toString() { return "HeroNode [no=" + no + ", name=" + name + ", nickName=" + nickName + "]"; } }
2.3、链表定义
- DummyHead ：头结点不存放数据，仅仅作为当前链表的入口
- head 字段的值不能改变，一旦改变，就丢失了整个链表的入口，我们也就无法通过 head 找到链表了
//定义SingleLinkedList 管理我们的英雄 class SingleLinkedList { // 先初始化一个头节点, 头节点不要动, 不存放具体的数据 private HeroNode head = new HeroNode(0, "", ""); // 返回头节点 public HeroNode getHead() { return head; } // ....
2.4、遍历链表
2.4.1、代码思路
- 定义辅助变量 temp ，相当于一个指针，指向当前节点
- 何时遍历完成？temp == null表明当前节点为 null ，即表示已到链表末尾
- 如何遍历？temp = temp.next ，每次输出当前节点信息之后，temp 指针后移
2.4.2、代码实现
- 遍历链表
// 显示链表[遍历] public void list() { // 判断链表是否为空 if (head.next == null) { System.out.println("链表为空"); return; } // 因为头节点，不能动，因此我们需要一个辅助变量来遍历 HeroNode temp = head.next; while (true) { // 判断是否到链表最后 if (temp == null) { break; } // 输出节点的信息 System.out.println(temp); // 将temp后移， 一定小心 temp = temp.next; } }
2.5、尾部插入
2.5.1、代码思路
- 定义辅助变量 temp ，相当于一个指针，指向当前节点
- 如何在链表末尾插入节点？
首先需要遍历链表，找到链表最后一个节点，当 temp.next == null时，temp 节点指向链表最后一个节点
然后在 temp 节点之后插入节点即可：temp.next = heroNode
2.5.2、代码实现
- 在链表尾部插入节点
// 添加节点到单向链表 // 思路，当不考虑编号顺序时 // 1. 找到当前链表的最后节点 // 2. 将最后这个节点的next 指向 新的节点 public void add(HeroNode heroNode) { // 因为head节点不能动，因此我们需要一个辅助遍历 temp HeroNode temp = head; // 遍历链表，找到最后 while (true) { // 找到链表的最后 if (temp.next == null) {// break; } // 如果没有找到最后, 将将temp后移 temp = temp.next; } // 当退出while循环时，temp就指向了链表的最后 // 将最后这个节点的next 指向 新的节点 temp.next = heroNode; }
- 测试代码
public static void main(String[] args) { // 进行测试 // 先创建节点 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"); // 创建要给链表 SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList(); // 加入 singleLinkedList.add(hero1); singleLinkedList.add(hero2); singleLinkedList.add(hero3); singleLinkedList.add(hero4); singleLinkedList.list(); }
- 程序运行结果
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]
2.6、按顺序插入
2.6.1、代码思路
- 定义辅助变量 temp ，相当于一个指针，指向当前节点
- 应该如何执行插入？（待插入节点为 heroNode）
首先需要遍历链表，找到链表中编号值比 heroNode.no 大的节点，暂且叫它 biggerNode ，然后把 heroNode 插入到 biggerNode 之前即可
怎么找 biggerNode ？当 temp.next.no > heroNode.no 时，这时 temp.next 节点就是 biggerNode 节点。
为什么是 temp.next 节点？只有找到 temp 节点和 temp.next（biggerNode ）节点，才能在 temp 节点和 temp.next 节点之间插入 heroNode 节点
- 怎么插入？
- heroNode .next = temp.next;
- temp.next = heroNode;
2.6.2、代码实现
- 按照英雄排名的顺序进行插入
// 第二种方式在添加英雄时，根据排名将英雄插入到指定位置 // (如果有这个排名，则添加失败，并给出提示) public void addByOrder(HeroNode heroNode) { // 因为头节点不能动，因此我们仍然通过一个辅助指针(变量)来帮助找到添加的位置 // 因为单链表，因为我们找的temp 是位于 添加位置的前一个节点，否则插入不了 HeroNode temp = head; boolean flag = false; // flag标志添加的编号是否存在，默认为false while (true) { if (temp.next == null) {// 说明temp已经在链表的最后 break; // } if (temp.next.no > heroNode.no) { // 位置找到，就在temp的后面插入 break; } else if (temp.next.no == heroNode.no) {// 说明希望添加的heroNode的编号已然存在 flag = true; // 说明编号存在 break; } temp = temp.next; // 后移，遍历当前链表 } // 判断flag 的值 if (flag) { // 不能添加，说明编号存在 System.out.printf("准备插入的英雄的编号 %d 已经存在了, 不能加入\n", heroNode.no); } else { // 插入到链表中, temp的后面 heroNode.next = temp.next; temp.next = heroNode; } }
- 测试代码
public static void main(String[] args) { // 进行测试 // 先创建节点 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"); // 创建要给链表 SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList(); // 加入按照编号的顺序 singleLinkedList.addByOrder(hero1); singleLinkedList.addByOrder(hero4); singleLinkedList.addByOrder(hero2); singleLinkedList.addByOrder(hero3); // 显示一把 singleLinkedList.list(); }
- 程序运行结果
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]
2.7、修改节点信息
2.7.1、代码思路
- 定义辅助变量 temp ，相当于一个指针，指向当前节点
- 如何找到指定节点？temp.no = newHeroNode.no
2.7.2、代码实现
- 修改指定节点信息
// 修改节点的信息, 根据no编号来修改，即no编号不能改. // 说明 // 1. 根据 newHeroNode 的 no 来修改即可 public void update(HeroNode newHeroNode) { // 判断是否空 if (head.next == null) { System.out.println("链表为空~"); return; } // 找到需要修改的节点, 根据no编号 // 定义一个辅助变量 HeroNode temp = head.next; boolean flag = false; // 表示是否找到该节点 while (true) { if (temp == null) { break; // 已经遍历完链表 } if (temp.no == newHeroNode.no) { // 找到 flag = true; break; } temp = temp.next; } // 根据flag 判断是否找到要修改的节点 if (flag) { temp.name = newHeroNode.name; temp.nickName = newHeroNode.nickName; } else { // 没有找到 System.out.printf("没有找到 编号 %d 的节点，不能修改\n", newHeroNode.no); } }
- 测试代码
public static void main(String[] args) { // 进行测试 // 先创建节点 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"); // 创建要给链表 SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList(); // 加入按照编号的顺序 singleLinkedList.addByOrder(hero1); singleLinkedList.addByOrder(hero4); singleLinkedList.addByOrder(hero2); singleLinkedList.addByOrder(hero3); // 测试修改节点的代码 HeroNode newHeroNode = new HeroNode(2, "小卢", "玉麒麟~~"); singleLinkedList.update(newHeroNode); singleLinkedList.list(); }
- 程序运行结果
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]
2.8、删除节点
2.8.1、代码思路
- 定义辅助变量 temp ，相当于一个指针，指向当前节点
- 如何找到待删除的节点？遍历链表，当 temp.next == no 时，temp.next 节点就是待删除的节点
- 如何删除？temp = temp.next.next即可删除 temp.next 节点，该节点没有引用指向它，会被垃圾回收机制回收
2.8.2、代码实现
- 删除指定节点
// 删除节点 // 思路 // 1. head 不能动，因此我们需要一个temp辅助节点找到待删除节点的前一个节点 // 2. 说明我们在比较时，是temp.next.no 和 需要删除的节点的no比较 public void del(int no) { HeroNode temp = head; boolean flag = false; // 标志是否找到待删除节点的 while (true) { if (temp.next == null) { // 已经到链表的最后 break; } if (temp.next.no == no) { // 找到的待删除节点的前一个节点temp flag = true; break; } temp = temp.next; // temp后移，遍历 } // 判断flag if (flag) { // 找到 // 可以删除 temp.next = temp.next.next; } else { System.out.printf("要删除的 %d 节点不存在\n", no); } }
- 测试代码
public static void main(String[] args) { // 进行测试 // 先创建节点 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"); // 创建要给链表 SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList(); // 加入 singleLinkedList.add(hero1); singleLinkedList.add(hero2); singleLinkedList.add(hero3); singleLinkedList.add(hero4); // 删除节点 singleLinkedList.del(1); singleLinkedList.del(4); singleLinkedList.list(); }
- 程序运行结果
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickName=玉麒麟] HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
2.9、总结
遍历链表，执行操作时，判断条件有时候是 temp ，有时候是 temp.next ，Why？
对于插入、删除节点来说，需要知道当前待操作的节点（heroNode）前一个节点的地址（指针），如果直接定位至当前待操作的节点 heroNode ，那没得玩。。。因为不知道heroNode 前一个节点的地址，无法进行插入、删除操作，所以 while 循环中的条件使用 temp.next 进行判断
对于更新、遍历操作来说，我需要的仅仅就只是当前节点的信息，所以 while 循环中的条件使用 temp进行判断
头结点与首节点
参考资料：https://blog.csdn.net/WYpersist/article/details/80288056
头结点是为了操作的统一与方便而设立的，放在第一个元素结点之前，其数据域一般无意义（当然有些情况下也可存放链表的长度、用做监视哨等等）。
首元结点也就是第一个元素的结点，它是头结点后边的第一个结点。
3、单链表面试题
3.1、求单链表中有效节点的个数
3.1.1、代码思路
- 求单链表中有效节点的个数：遍历即可
3.1.2、代码实现
- 求单链表中有效节点的个数
// 方法：获取到单链表的节点的个数(如果是带头结点的链表，需求不统计头节点) /** * * @param head 链表的头节点 * @return 返回的就是有效节点的个数 */ public static int getLength(HeroNode head) { if (head.next == null) { // 空链表 return 0; } int length = 0; // 定义一个辅助的变量, 这里我们没有统计头节点 HeroNode cur = head.next; while (cur != null) { length++; cur = cur.next; // 遍历 } return length; }
- 测试代码
public static void main(String[] args) { // 进行测试 // 先创建节点 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"); // 创建要给链表 SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList(); // 加入 singleLinkedList.add(hero1); singleLinkedList.add(hero2); singleLinkedList.add(hero3); singleLinkedList.add(hero4); singleLinkedList.list(); // 测试一下 求单链表中有效节点的个数 System.out.println("有效的节点个数=" + getLength(singleLinkedList.getHead()));// 2 }
- 程序运行结果
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] 有效的节点个数=4
3.2、查找单链表中的倒数第 k 个结点
3.2.1、代码思路
查找单链表中的倒数第k个结点 【新浪面试题】
首先，获取整个链表中元素的个数 size
在使用 for 循环定位至倒数第 index（形参） 个节点，返回即可
for 循环的条件应如何确定？for (int i = 0; i < x; i++) 中 x 的值应是多少？我们需要定位至倒数第 index 个节点，在 for 循环之前，我们已经定位置首节点，还需再走 (size - index ) 步，定位至倒数第 index 个节点
举例说明：链表中一共有 4 个元素，想要定位至倒数第 2 个节点，那么需要在首节点之后走两步，到达倒数第 2 个节点
3.2.2、代码实现
- 查找单链表中的倒数第k个结点
// 查找单链表中的倒数第k个结点 【新浪面试题】 // 思路 // 1. 编写一个方法，接收head节点，同时接收一个index // 2. index 表示是倒数第index个节点 // 3. 先把链表从头到尾遍历，得到链表的总的长度 getLength // 4. 得到size 后，我们从链表的第一个开始遍历 (size-index)个，就可以得到 // 5. 如果找到了，则返回该节点，否则返回nulll public static HeroNode findLastIndexNode(HeroNode head, int index) { // 判断如果链表为空，返回null if (head.next == null) { return null;// 没有找到 } // 第一个遍历得到链表的长度(节点个数) int size = getLength(head); // 第二次遍历 size-index 位置，就是我们倒数的第K个节点 // 先做一个index的校验 if (index <= 0 || index > size) { return null; } // 定义给辅助变量， for 循环定位到倒数的index HeroNode cur = head.next; // 3 // 3 - 1 = 2 for (int i = 0; i < size - index; i++) { cur = cur.next; } return cur; }
- 测试代码
public static void main(String[] args) { // 进行测试 // 先创建节点 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"); // 创建要给链表 SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList(); // 加入 singleLinkedList.add(hero1); singleLinkedList.add(hero2); singleLinkedList.add(hero3); singleLinkedList.add(hero4); singleLinkedList.list(); // 测试一下看看是否得到了倒数第K个节点 HeroNode res = findLastIndexNode(singleLinkedList.getHead(), 2); System.out.println("res=" + res); }
- 程序运行结果
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] res=HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
3.3、单链表的反转
3.3.1、代码思路
单链表的反转【腾讯面试题，有点难度】
定义一个新的头结点 reverseHead ，一点一点将链表反转后，再串起来
怎么个串法？
在原链表中每读取一个节点（cur），先保存其下一个节点的地址（next），然后将 cur 节点放在新链表的最前面
然后执行遍历：cur = next ，即指针后移
遍历完成后，新链表即是反转后的链表
如何将 cur 节点插入在新链表的最前面
cur.next = reverseHead.next;
reverseHead.next = cur;
while 循环终止条件？ cur == null ：已遍历至链表尾部
单链表的翻转可以参考我的这篇博文：https://blog.csdn.net/oneby1314/article/details/107577923
3.3.2、代码实现
- 单链表的反转
// 将单链表反转 public static void reversetList(HeroNode head) { // 如果当前链表为空，或者只有一个节点，无需反转，直接返回 if (head.next == null || head.next.next == null) { return; } // 定义一个辅助的指针(变量)，帮助我们遍历原来的链表 HeroNode cur = head.next; HeroNode next = null;// 指向当前节点[cur]的下一个节点 HeroNode reverseHead = new HeroNode(0, "", ""); // 遍历原来的链表，每遍历一个节点，就将其取出，并放在新的链表reverseHead 的最前端 // 动脑筋 while (cur != null) { next = cur.next;// 先暂时保存当前节点的下一个节点，因为后面需要使用 cur.next = reverseHead.next;// 将cur的下一个节点指向新的链表的最前端 reverseHead.next = cur; // 将cur 连接到新的链表上 cur = next;// 让cur后移 } // 将head.next 指向 reverseHead.next , 实现单链表的反转 head.next = reverseHead.next; }
- 测试代码
public static void main(String[] args) { // 进行测试 // 先创建节点 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"); // 创建要给链表 SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList(); // 加入 singleLinkedList.add(hero1); singleLinkedList.add(hero2); singleLinkedList.add(hero3); singleLinkedList.add(hero4); // 测试一下单链表的反转功能 System.out.println("原来链表的情况~~"); singleLinkedList.list(); System.out.println("反转单链表~~"); reversetList(singleLinkedList.getHead()); singleLinkedList.list(); }
- 程序运行结果
原来链表的情况~~ 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] 反转单链表~~ HeroNode [no=4, name=林冲, nickName=豹子头] HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星] HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickName=玉麒麟] HeroNode [no=1, name=宋江, nickName=及时雨]
