《Java数据结构基础》单链表的手动实现
目录
前言：
一、单链表的概念：
二、链表的创建：
链表的初始化：
打印链表：
获取链表长度：
判断链表是否为空：
三、新增结点
头插
指定下标插入
四、删除结点：
头删
指定下标的删除
删除链表中的指定元素
五、单链表查找：
六、附录
总代码
测试代码
前言：
前几天中，我们学习了顺序表，已经深知其优缺点，如下：
优点：
- 连续物理空间，方便下标随机访问
缺点：
- 插入数据，空间不足时要扩容，扩容有性能消耗
- 头部或者中间位置插入删除数据，需要挪动数据，效率较低
基于顺序表的缺点，就设计出了链表结构。正文开始 ：
一、单链表的概念：
链表是一种物理存储结构上非连续、非顺序的存储结构，整个链表就是通过对各个结点地址的链式储存来实现的 。（链表就是由一个一个结点所组成的）
链表的结构有点类似于火车，火车的每一节车厢都由插销，和钩子链接起来
那么怎么这一个一个的结点是怎样链接起来呢？在Java中他是通过引用所指向的地址来链接起来的。
什么意思呢？就是说链表的每一个结点元素都分为连两部分，一部分用来储存数值，另一部分来储存地址。
储存的是谁的地址呀！就是下一个结点的地址。
比如说在链表中有三个结点，那么他们之间的关系是这样的
既然说了，链表是由一个一个的结点组成的，那么在Java中结点是怎样定义的呢？
我们从上面也可以发现在每一个结点都是一个独立的小个体，我们不妨把他抽象为一个内部类，并放到单链表这个类的里面。这样我们就可以在单链表这个类里面使用我们结点这个小个体，并尝试把它串起来。
温馨提示：本篇文章所讨论的单链表用到了两个文件：
- 单链表的构建文件MyLinkList.java
- 单链表的测试文件hLinkListTest.java
二、链表的创建：
public class MyLinkList {
ListNode head = null; // 声明链表中的头结点
//创建单链表结构，将链表的每一个结点都定义成一个内部类
public class ListNode {
public int val; // 该结点的数值域，储存该结点的数值
public ListNode next; // 该结点的next域，储存的是下一个结点的地址，两个结点间正是通过next域产生关联
public ListNode(int val) { // 构造方法，给新生成的结点赋值，同时next默认为null
this.val = val;
}
}
}如图所示：我们定义了一个MyLinkList（单链表）类，同时在该类中还定义了一个内部类（结点类）。这样就创建了一个基本的链表结构。
但光这样肯定是不行的，我们对链表有一些基本的操作方法如下：
// 链表初始化
public ListNode listInit() { }
// 打印链表
public void linkedListPrint() { }
// 获取链表长度
public int getSize() { return -1; }
//判断该链表是否为空
private void isEmpty() { }
链表的初始化：
首先我们要做的就是对我们的链表进行初始化的操作，那么怎么初始化呢？当然是创建一些结点，并在每一个结点中都把下一个结点的地址给储存起来，然后相互链接起来的呀！
// 链表初始化 public ListNode listInit() { Scanner in = new Scanner(System.in); System.out.print("请输入你要构建的链表的初始长度："); int n = in.nextInt(); System.out.print("请输入链表第1个元素的值："); int firstVal = in.nextInt(); // this.head = new ListNode(firstVal); // 创建链表的第一个结点，将我们链表的头结点引用head指向链表的第一个结点 ListNode cur = head; // 创建一个引用cur去完成链表的初始化(头节点是整个链表的灵魂,不能直接使用,避免丢失链表) for (int i = 1; i < n; i++) { System.out.print("请输入链表第" + (i + 1) + "个元素的值："); int val = in.nextInt(); ListNode node = new ListNode(val); // 当前结点的next域存放的是对下一个结点的引用变量node，node储存的就是下一个结点的地址 cur.next = node; // 当前结点的next域存放的是对下一个结点的引用变量node cur = node; // 将当前结点移向下一个结点 } return this.head; // 返回该链表的头结点 }
如图所示：
对于结点的链接：用的就是cur这个结点引用变量
当我们的cur引用也指向第一个结点后，cur.next代表的就是第一个结点的next域，只要next域里储存了下一个结点的地址，这两个结点就链接起来了。
从上图我们也可以知道，我们的node引用是指向新建的第二个结点的，也就是说node里就存放的就是我们第二个结点的地址，所以当我们cur.next = node时，其实就是把这两个结点链接起来了
那要是再来个第三个结点node呢？
不要着急，我们只需要让cur = cur.next，cur.next = node就完成了结点间的链接
当cur = cur.next 后，引用变量cur现在所引用的就变成了第二个结点，那么cur.next = node的作用就是将第三个结点的地址储存到了第二个结点的next域里。
接下第四、第五个结点也大致是这样的操作，嘻嘻。
你可以会问：为啥非得要再定义一个结点的引用变量cur呢？我之间用head头结点引用来不断的改变指向，完成结点间的链接，不可以吗？
可以是可以，但你有没有想过，如果用head来操作结点的化，你在初始化链表后head还指向头节点吗？你还能找到头结点吗？
打印链表：
// 打印链表 public void linkedListPrint() { ListNode cur = head; // 创建一个引用cur去完成链表的遍历打印(头节点是整个链表的灵魂,不能直接使用,避免丢失链表) while (cur != null) { System.out.print(cur.val + " "); // cur.val表示的就是当前结点的数值 cur = cur.next; // 打印完了当前结点，cur继续指向下一个结点，完成对下一个结点的打印 } System.out.println(); }
获取链表长度：
// 打印链表 public void linkedListPrint() { ListNode cur = head; // 创建一个引用cur去完成链表的遍历打印(头节点是整个链表的灵魂,不能直接使用,避免丢失链表) while (cur != null) { System.out.print(cur.val + " "); // cur.val表示的就是当前结点的数值 cur = cur.next; // 打印完了当前结点，cur继续指向下一个结点，完成对下一个结点的打印 } System.out.println(); }
判断链表是否为空：
/** * 判断该链表是否为空 * 为空就抛出异常，终止程序 */ private void isEmpty() { // 判断链表是否为空，只是该类中使用，所有 if (head == null) { System.out.println("该链表为空！！！"); throw new NullPointerException(); // 如果抛出的是 RunTimeException 或者 RunTimeException 的子类，则可以不用处理，直接交给JVM来处理 //异常一旦抛出，其后的代码就不会执行，相当于就直接return了 } }
好了，现在我们就得到一个基本的链表了
那么接下来就是对链表的操作了，那么一起来看看对链表都有那些操作吧！
// 在在链表头插入元素 public void addHead(int val) { } //在链表的指定下标中插入元素 public void addIndex(int index, int val) { } // 删除头节点 public void deleteHead() { } //删除指定下标的元素 public void deleteIndex(int index) { } // 删除链表中所有数值是key的元素 public void deleteKey(int key) { } // 判断元素key是否在当前链表中 public boolean contains(int key) { return false; }
哈哈，增删查找都有，还挺全的。
那么接下来就让我们来看看这些操作是怎么实现的吧！
三、新增结点
头插
// 在在链表头插入元素 public void addHead(int val) { ListNode node = new ListNode(val); // 新插入的结点node node.next = head; // 直接将该结点node变成新的头结点 head = node; }
指定下标插入
/** * 在链表的指定下标中插入元素 * @param index 所指定的下标 * @param val 元素值 */ public void addIndex(int index, int val) { if (index < 0 || index > getSize()) { // 注意这里index == getSize也是可以的，此时相当于是在链表的结尾新增一个元素 System.out.println("index下标不合法"); return; } ListNode node = new ListNode(val); // 要新增的那个结点node if (index == 0) { // 当新增的是头结点的时候 addHead(val); return; } ListNode cur = head; for (int i = 0; i < index - 1; ++i) { // 这种情况包含了新增尾结点的时候 cur = cur.next; // 通过循环，让cur指向—>新增指定下标所对应的元素的前一个元素 } node.next = cur.next; // 把该结点插入链表，且放到指定下标中，从后往前走，先将node结点指向下一个结点 cur.next = node; }
举个栗子
比如现在我们想在2下标插入我们新建的结点node，那么我们首先要找到要插入的结点的前一个结点->也就是下标为1的那个结点
然后呢
你可能会说：这不就简单了！直接下标为1的结点的next储存新建的结点node的地址：0x7777，然后新建的node结点再指向我们原来下标为2的结点不就行了吗？
这样真的可以吗？一起来看看吧！
上面所说的就是这样的伪代码：
下标为1的结点.next = node; node.next = 下标为2的结点; 但这有一个问题： 首先在一开始的链表中存在这样的关系： 下标为1的结点.next = 下标为2的结点 那么就在上面的伪代码中node.next = 下标为2的结点； 就相等于是：node.next = 下标为1的结点.next; 但问题是此时的：下标为1的结点.next = node; 即node.next = node;这合理吗？不合理，所以我们要从后向前走 就是： node.next = 下标为2的结点; 下标为1的结点.next = node;所以说上面我们的那个想法是不合适的
四、删除结点：
头删
// 删除头节点 public void deleteHead() { isEmpty(); // 检查一下链表是否为空，为空的化就会抛出异常来终止程序 // 如果head头节点不是链表的最后一个元素时，直接将head的下一个结点变成新的头结点，原来的head头结点就被系统自动回收了 if (head.next != null) { this.head = this.head.next; } else this.head = null; // 当head结点是链表的最后一个元素时 }
指定下标的删除
在链表中，想要删除一个结点其实就是让该结点从链表中分离出来（没有其他任何的结点指向他 ）
比如我们想删除1下标的结点，只需要找到1下标的前一个结点，也就是0下标。然后将0下标的next域里不再储存1下标的结点地址，而改成储存1下标的下一个结点->2下标的结点地址。这样就相等于1下标的结点被孤立下来了（就相等于是删除了）
/** * 删除指定下标的元素 * @param index 要删除的指定元素下标 */ public void deleteIndex(int index) { isEmpty(); // 检查一下链表是否为空，为空的化就会抛出异常来终止程序 if (index < 0 || index >= getSize()) { // 注意此时index不能等于getSize因为是删除不是新增，下标index最大是getSize - 1 System.out.println("要删除的下标不合法！删除失败！！"); return; // 直接返回 } if (index == 0) { deleteHead(); // 当index等于0时，相当于是删除的是头节点 return; } ListNode cur = head; // 创建一个引用cur去完成循环(头节点是整个链表的灵魂,不能直接使用,避免丢失链表) // 通过循环，让cur指向—>要删除元素的前一个元素 for (int i = 0; i < index - 1; ++i) { // 注意这里不能是i < index; 如果是i < index的话，cur就指向当前要删除的那个元素了 cur = cur.next; } cur.next = cur.next.next; }
删除链表中的指定元素
// 删除链表中所有数值是key的元素 public void deleteKey(int key) { isEmpty(); // 检查一下链表是否为空，为空的化就会抛出异常来终止程序 while (this.head.val == key && head != null) { // 当 head.val == key,相当于删除头节点 deleteHead(); // 因为是删除链表中所有数值是key的元素，所以删除一个后不能直接返回，还要继续遍历 // 处理特殊情况，当链表的的最后一个元素被删除时 if (head == null) { return; // 直接return就好，此时head为空，如果再进行this.head.val == key的判断就会发生空指针异常 } } ListNode cur = head; // 创建一个引用cur去完成链表的遍历(头节点是整个链表的灵魂,不能直接使用,避免丢失链表) while (cur.next != null) { if (cur.next.val == key) { cur.next = cur.next.next; // 包含了删除尾结点的情况 } else { cur = cur.next; // cur引用指向下一个结点，以此来完成遍历链表 } }
五、单链表查找：
/** * 判断元素key是否在当前链表中 * @param key * @return 在链表中返回true,不在返回false */ public boolean contains(int key) { ListNode cur = this.head; while (cur != null) { if (cur.val == key) { return true; } else { cur = cur.next; } } return false; }
六、附录
总代码
//shift+回车，光标在任意位置都能换到下一行
// crl + z返回上一步，如果自己不小心误删了代码可以用这个快捷键找回刚才误删的代码
//import java.util.List;
import java.util.Scanner;
/**
* 实现单链表的代码
*/
//变量名,方法名首字母小写,如果名称由多个单词组成,除首字母外的每个单词的首字母都要大写.
// 包名小写
public class MyLinkList {
ListNode head = null; // 声明链表中的头结点
//创建单链表结构，将链表的每一个结点都定义成一个内部类
public class ListNode {
public int val; // 该结点的数值域，储存该结点的数值
public ListNode next; // 该结点的next域，储存的是下一个结点的地址，两个结点间正是通过next域产生关联
public ListNode(int val) { // 构造方法，给新生成的结点赋值，同时next默认为null
this.val = val;
}
}
// 链表初始化
public ListNode listInit() {
Scanner in = new Scanner(System.in);
System.out.print("请输入你要构建的链表的初始长度：");
int n = in.nextInt();
System.out.print("请输入链表第1个元素的值：");
int firstVal = in.nextInt(); //
this.head = new ListNode(firstVal); // 创建链表的第一个结点，将我们链表的头结点指向链表的第一个结点
ListNode cur = head; // 创建一个引用cur去完成链表的初始化(头节点是整个链表的灵魂,不能直接使用,避免丢失链表)
for (int i = 1; i < n; i++) {
System.out.print("请输入链表第" + (i + 1) + "个元素的值：");
int val = in.nextInt();
ListNode node = new ListNode(val);
cur.next = node;
cur = node;
}
return this.head; // 返回该链表的头结点
}
// 打印链表
public void linkedListPrint() {
ListNode cur = head; // 创建一个引用cur去完成链表的遍历打印(头节点是整个链表的灵魂,不能直接使用,避免丢失链表)
while (cur != null) {
System.out.print(cur.val + " "); // cur.val表示的就是当前结点的数值
cur = cur.next; // 打印完了当前结点，cur继续指向下一个结点，完成对下一个结点的打印
}
System.out.println();
}
// 获取链表长度
public int getSize() {
int count = 0;
ListNode cur = this.head;
while (cur != null) {
count++;
cur = cur.next;
}
return count;
}
/**
* 判断该链表是否为空
* 为空就抛出异常，终止程序
*/
private void isEmpty() { // 判断链表是否为空，只是该类中使用，所有
if (head == null) {
System.out.println("该链表为空！！！");
throw new NullPointerException();
// 如果抛出的是 RunTimeException 或者 RunTimeException 的子类，则可以不用处理，直接交给JVM来处理
//异常一旦抛出，其后的代码就不会执行，相当于就直接return了
}
}
// 在在链表头插入元素
public void addHead(int val) {
ListNode node = new ListNode(val);
node.next = head;
head = node;
}
/**
* 在链表的指定下标中插入元素
* @param index 所指定的下标
* @param val 元素值
*/
public void addIndex(int index, int val) {
if (index < 0 || index > getSize()) { // 注意这里index == getSize也是可以的，此时相当于是在链表的结尾新增一个元素
System.out.println("index下标不合法");
return;
}
ListNode node = new ListNode(val); // 要新增的那个结点node
if (index == 0) { // 当新增的是头结点的时候
addHead(val);
return;
}
ListNode cur = head;
for (int i = 0; i < index - 1; ++i) { // 这种情况包含了新增尾结点的时候
cur = cur.next; // 通过循环，让cur指向—>新增指定下标所对应的元素的前一个元素
}
node.next = cur.next; // 把该结点插入链表，且放到指定下标中，从后往前走，先将node结点指向下一个结点
cur.next = node;
}
// 删除头节点
public void deleteHead() {
isEmpty(); // 检查一下链表是否为空，为空的化就会抛出异常来终止程序
if (head.next != null) {
this.head = this.head.next;
}
else this.head = null; // 当head结点是链表的最后一个元素时
}
/**
* 删除指定下标的元素
* @param index 要删除的指定元素下标
*/
public void deleteIndex(int index) {
isEmpty(); // 检查一下链表是否为空，为空的化就会抛出异常来终止程序
if (index < 0 || index >= getSize()) { // 注意此时index不能等于getSize因为是删除不是新增，下标index最大是getSize - 1
System.out.println("要删除的下标不合法！删除失败！！");
return; // 直接返回
}
if (index == 0) {
deleteHead(); // 当index等于0时，相当于是删除的是头节点
return;
}
ListNode cur = head;
// 创建一个引用cur去完成循环(头节点是整个链表的灵魂,不能直接使用,避免丢失链表)
// 通过循环，让cur指向—>要删除元素的前一个元素
for (int i = 0; i < index - 1; ++i) { // 注意这里不能是i < index; 如果是i < index的话，cur就指向当前要删除的那个元素了
cur = cur.next;
}
cur.next = cur.next.next;
}
// 删除链表中所有数值是key的元素
public void deleteKey(int key) {
isEmpty(); // 检查一下链表是否为空，为空的化就会抛出异常来终止程序
while (this.head.val == key && head != null) { // 当 head.val == key,相当于删除头节点
deleteHead(); // 因为是删除链表中所有数值是key的元素，所以删除一个后不能直接返回，还要继续遍历
// 处理特殊情况，当链表的的最后一个元素被删除时
if (head == null) {
return; // 直接return就好，此时head为空，如果再进行this.head.val == key的判断就会发生空指针异常
}
}
ListNode cur = head;
// 创建一个引用cur去完成链表的遍历(头节点是整个链表的灵魂,不能直接使用,避免丢失链表)
while (cur.next != null) {
if (cur.next.val == key) {
cur.next = cur.next.next; // 包含了删除尾结点的情况
}
else {
cur = cur.next; // cur引用指向下一个结点，以此来完成遍历链表
}
}
}
/**
* 判断元素key是否在当前链表中
* @param key
* @return 在链表中返回true,不在返回false
*/
public boolean contains(int key) {
ListNode cur = this.head;
while (cur != null) {
if (cur.val == key) {
return true;
}
else {
cur = cur.next;
}
}
return false;
}
}
测试代码
/**
* 对单链表进行测试的代码
*/
public class LinkListTest {
public static void main(String[] args) {
MyLinkList myLinkList = new MyLinkList(); // 实例化一个链表对象
// 链表的初始化
myLinkList.listInit();
System.out.print("初始化链表后，链表的第一次打印：");
myLinkList.linkedListPrint();
System.out.println("===============");
myLinkList.addHead(1111);
System.out.print("头插结点1111后，链表的第二次打印：");
myLinkList.linkedListPrint();
myLinkList.addIndex(2, 2222);
System.out.print("再指定下标2出插入新结点2222后，链表的第三次打印：");
myLinkList.linkedListPrint();
System.out.println("================");
myLinkList.deleteIndex(2);
System.out.print("删除指定下标2的结点2222后，链表的第四次打印：");
myLinkList.linkedListPrint();
myLinkList.deleteHead();
System.out.print("删除头节点后，链表的第五次打印：");
myLinkList.linkedListPrint();
myLinkList.deleteKey(2);
System.out.print("删除链表中所有值是2的结点后，链表的第六次打印：");
myLinkList.linkedListPrint();
System.out.print("此时的链表长度为：");
System.out.println(myLinkList.getSize());
}
}
测试结果：
好了，今天的有关链表内容的分享就到这里了
那么下一篇，就让我们开始链表的实战刷题演练吧！！！
