【数据结构初阶】第四节.链表详讲

文章目录

前言

一、单链表的概念

二、链表的创建

2.1链表的初始化

2.2 打印链表

2.3 获取链表的长度：

2.4 判断链表是否为空：

三、新增结点

        3.1头插：

        3.2 指定下标插入

四、删除结点：

        4.1 头删

        4.2 指定下标的删除

        4.3 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：

总结

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前言

前一小节内容，我们学习了有关线性表中顺序表的有关知识；今天我们将学习有关单链表的有关知识；单链表也是数据结构中的一大重点；今天就让我们来学习它吧！！！！！！！！！！

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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）

举例说明：

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。

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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：

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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。

注意：本篇文章所讨论的单链表用到了两个文件：

1. 单链表的构建文件MyLinkList.java
2. 单链表的测试文件hLinkListTest.java

二、链表的创建

代码：

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。

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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() { }

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2.1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！

代码示例：

// 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
    }

解析：

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。 

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; 

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？

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2.2 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();
    }

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2.3 获取链表的长度：

  // 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();
    }

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2.4 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
        }
    }

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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; }
 

三、新增结点

3.1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;
    }

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3.2 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;
    }

举例说明：

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；

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正确想法：

四、删除结点：

4.1 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
    }

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4.2 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;
    }

图片说明：

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4.3 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
            }
        }

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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;
    }

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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：

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总结

本节内容我们学习了有关链表中有关的各种操作，如插入删除等等；让我们堆链表有了更深刻的学习和认识；