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！
