数据结构---链表

1.链表基础

• 链表是数据结构中另一种最基础的数据结构，数组需要开辟一段连续的存储空间，所以在初始化的时候需要指定大小，而链表并不需要指定大小，只要有足够的空间都可以不断地添加元素
• 链表适合于增删比较频繁的数据，而数据更适用于改动少，查询操作频繁的情况，在根据索引查询的时候可以快速定位
• 链表不存在存储空间不足的情况(除物理分配内存不足)，而java中也有由链表为底层数据结构实现的数据结构，支持泛型，即LinkedList(双向链表)
• 根据链表在本文实现一个单向链表，模拟LinkedList方法实现

2.实现

2.1.定义节点

• 定义一个私有内部类，代表链表中的每一个节点，而每一个结点中又定义下一个节点，以替代指针，同时使每个节点连接起来。

public class LinkedList {

    private class Node {
        public E e;
        public Node next;

        public Node(E e, Node next) {
            this.e = e;
            this.next = next;
        }

        public Node(E e) {  this(e, null);   }

        public Node() {    this(null, null); }

        @Override
        public String toString() {   return e.toString();  }
    }

    //链表头
    private Node dummyHead;
    private int size;

    public LinkedList() {
        //虚拟头节点指向真正的头节点
        dummyHead = new Node(null, null);
        size = 0;
    }

    /**
     * 获取链表中的元素个数
     * @return ：
     */
    public int getSize() {   return size;  }

    /**
     * 当前链表是否为空
     * @return ：
     */
    public boolean isEmpty() {  return size == 0; }

采用设立一个虚拟头节点，这样就不要单独处理头节点，即初始化时，初始一个空结点，而而这个虚拟头节点指向存储的第一个非空结点。

2.2.添加一个新节点

• 新添一个节点，需要找到新添节点位置的前一个节点，使前一个节点的指针指向新添加的节点，而前一个节点原来指向的节点，变成新添加节点指向的节点

   /**
     * 在链表的index(0-based)位置添加新元素e
     * @param index ：插入链表新元素的索引位置
     */
    public void add(int index, E e) {
        if (index < 0 || index > size) {
            throw new IllegalArgumentException("Add failed. Illegal index");
        }
        //代表待添加节点索引的上一个节点，初始指向虚拟头节点
        Node prev = dummyHead;
        //找到要插入位置的上一个元素(前结点)
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            prev = prev.next;
        }

        //将前结点的next结点当作新结点的next,再将新结点作为前结点的next实现插入
        prev.next = new Node(e, prev.next);
        size++;
    }

    /**
     * 向链表中添加元素：
     * 在链表头添加新元素，新元素索引指向当前链表头，当前链表头指针指向新添加元素
     * @param e ：
     */
    public void addFirst(E e) {   add(0, e);   }

    /**
     * 在链表末尾添加一个新元素e
     */
    public void addLast(E e) {  add(size, e); }

链表添加节点.png

2.3.改和查的方法

 /**
     * 获取链表的第index(0-based)位置的元素e
     * @param index ：获取链表元素的索引位置
     * @return ：该索引的元素
     */
    public E get(int index) {
        if (index < 0 || index > size) {
            throw new IllegalArgumentException("Get failed. Illegal index");
        }
        //从头元素(头结点)开始
        Node cur = dummyHead.next;
        //获取第index位置结点
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            cur = cur.next;
        }
        return cur.e;
    }

    /**
     * 获取链表中第一个元素(头节点元素)
     * @return ：dummyHead.next.e; 
     */
    public E getFirst() {     return get(0);  }

    /**
     * 获取链表中最后一个位置的元素
     * @return ：
     */
    public E getLast() { return get(size - 1);  }

    /**
     * 修改链表中第index(0-based)位置的元素
     * 在链表中不是一个常用的操作，练习用
     */
    public void set(int index, E e) {
        if (index < 0 || index > size) {
            throw new IllegalArgumentException("Get failed. Illegal index");
        }
        //从头元素(头结点)开始
        Node cur = dummyHead.next;
        //获取第index位置结点
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            cur = cur.next;
        }
        cur.e = e;
    }

    /**
     * 该链表中是否存在该元素
     * @param e ：
     * @return ：
     */
    public boolean contains(E e) {
        Node cur = dummyHead.next;
        while (cur != null) {
            if (cur.e.equals(e)) {
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }

2.4.删除方法

    /**
     * 删除链表中index(0-based)位置的元素，并返回该元素：将删除节点的next结点代替成删除节点的位置
     * @param index ：删除节点的索引
     * @return ：删除节点的元素
     */
    public E remove(int index) {
        if (index < 0 || index > size) {
            throw new IllegalArgumentException("Get failed. Illegal index");
        }
        //从虚拟头节点开始
        Node prev = dummyHead;
        //获取第index位置结点的上一个结点（前结点）
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            prev = prev.next;
        }
        Node deleteNode = prev.next;
        prev.next = deleteNode.next;
        deleteNode.next = null;
        size--;
        return deleteNode.e;
    }

    /**
     * 删除链表中第一个元素，并返回元素值
     * @return ：
     */
    public E removeFirst() { return remove(0);  }

    /**
     * 删除结点中最后一个元素，并返回元素值
     * @return ：
     */
    public E removeLast() {  return remove(size - 1);  }

2.5.重写toString方法

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder str = new StringBuilder();
        Node cur = dummyHead.next;
        while (cur != null) {
            str.append(cur + "-->");
            cur = cur.next;
        }
        str.append("NULL");
        return str.toString();
    }