【数据结构】单链表代码实现

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Redis

石可破也，而不可夺坚；丹可磨也，而不可夺赤。

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一、创建链表初始化值

创建一个类用来实现链表的一些基础功能，定义链表的节点，链表的节点中有两个属性：value表示节点保存的值，next表示下一个节点的地址值，就是引用下一个节点的对象，根据创建好的Node 节点类，创建自定义链表类的属性值head表示链表的头结点，定义节点的构造方法，以便外界调用链表时初始化节点值。

public class SingleLinkedList implements Iterable<Integer> {
    //头指针
    private Node head;
     /**
     * 节点类
     */
    private static class Node {
        int value;
        Node next;

        public Node(int value, Node next) {
            this.value = value;
            this.next = next;
        }
    }
}

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二、向链表头部添加

向头部添加节点时要考虑两种情况：

• 链表为空：直接将链表的头指向新节点即可
• 链表非空： 由于链表不为空，并且是向链表的头部添加元素，所以将新创建的节点的next值指向原来的头head，再将头head指向新节点即可

由于是向链表头部添加元素，所以链表非空的情况对于链表为空时同样适用，于是向链表头部添加只需一行代码即可完成

    /**
     * 向链表头部添加
     *
     * @param value 要添加的节点的值
     */
    public void addFirst(int value) {
        //1.链表为空
        //head = new Node(value,null);
        //2.链表非空
        head = new Node(value, head);
    }

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三、遍历链表

3.1 迭代器遍历

注意到在创建自定义链表SingleLinkedList 类时实现了Iterable接口，增强for循环底层就是一个迭代器
可以通过实现迭代器接口对链表进行遍历操作，迭代器遍历需要重写Iterator<>接口中的iterator()方法，重写iterator()方法，返回类型为Iterator，返回的是一个迭代器对象，泛型这里写的是整型，表示链表中的数据值是整型，方法内部返回一个实现了Iterator接口的匿名内部类，这个匿名内部类实现了Iterator接口中的 hasNext()方法和next()方法，分别表示是否有下一个元素和返回当前值并指向下一个元素，在hasNext()方法中通过判断当前节点是否为空来判断是否有下一个元素，当前节点不为空时，next()通过将当前节点的值赋给一个临时变量，再遍历下一个节点，继续判断，返回临时变量的值。

/**
     * 迭代器遍历
     *
     * @return 返回迭代器对象
     */
    @Override
    public Iterator<Integer> iterator() {
        //匿名内部类
        return new Iterator<Integer>() {
            Node pointer = head;

            @Override
            public boolean hasNext() {  //是否有下一个元素
                return pointer != null;
            }

            @Override
            public Integer next() { //返回当前值，指向下一个元素
                int value = pointer.value;
                pointer = pointer.next;
                return value;
            }
        };
    }

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3.2通过函数式接口实现（while循环）

Consumer是一个函数式接口，定义一个方法，参数为Consumer类型，方法内定义一个变量指向链表的头，当前节点不为空时，说明当前节点有值，此时调用Consumer接口中的accept()方法，将当前节点的值传给accept()，当遍历链表时，传过来的参数就表示链表中节点的值，外界进行调用时，只需传一个参数，然后通过匿名内部类的方式或Lambda表达式对这个参数进行任何业务操作（如打印）

    /**
     * 遍历链表
     *
     * @param consumer 通过函数式接口实现
     */
    public void loop1(Consumer<Integer> consumer) {
        //定义一个变量指向链表的头
        Node pointer = head;
        //依次遍历链表
        while (pointer != null) {
            consumer.accept(pointer.value);
            pointer = pointer.next;
        }
    }

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3.3通过函数式接口实现（for循环）

与while循环类似，只是在方法内部遍历链表时采用不同的方式进行判断，最后都是将链表中的值当做参数传给Consumer接口中的accept方法，调用这个方法时传过来的参数就表示链表的所有节点值。

    /**
     * for循环遍历
     *
     * @param consumer 通过函数式接口实现
     */
    public void loop2(Consumer<Integer> consumer) {
        for (Node pointer = head; pointer != null; pointer = pointer.next) {
            consumer.accept(pointer.value);
        }
    }

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四、找最后一个节点

链表为空：返回空
链表非空：定义一个节点变量指向头，再通过这个变量遍历链表，当当前节点的下一个节点为空时，表示此节点为最后一个节点，返回当前节点

    /**
     * 找最后一个节点
     *
     * @return 返回最后一个节点
     */
    private Node findLast() {
        if (head == null) {
            return null;
        }
        Node pointer = head;
        while (pointer.next != null) {
            pointer = pointer.next;
        }
        return pointer;
    }

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五、向链表尾部插入元素

创建新节点
1.链表为空：由于此时链表中没有任何节点，直接将head指向新节点即可
2.链表非空：定义一个节点变量将这个变量指向找到的最后一个节点（通过findLast()方法），再将这个节点的下一个地址指向新节点

    /**
     * 向链表尾部插入元素
     * @param value     要插入的值
     */
    public void addLast(int value) {
        Node newNode = new Node(value, null);
        //链表为空时
        if (head == null) {
            head = newNode;
            return;
        }
        Node last = findLast();
        last.next = newNode;
    }

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六、 根据索引查找节点

通过for循环遍历，定义一个节点指针指向头head，当此时p不为空时，表示节点有值，定义变量i初始值为0，用于与要查找的值比较，循环内判断当前索引与传递的索引是否相同，若是相同，则返回p的值（此时p指向的节点在链表中的索引与用户查的索引相同），否则，p指向p的next，i++，遍历完链表后仍未找到，则返回空。

    /**
     * 根据索引查找节点
     *
     * @param index 索引值
     * @return 返回该索引对应的节点
     */
    private Node findNode(int index) {
        int i = 0;
        for (Node p = head; p != null; p = p.next, i++) {
            if (i == index) {
                return p;
            }
        }
        return null;
    }

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七、获取指定索引的节点的值

通过调用findNode(int index)方法拿到该索引对应的节点，先判断节点是否为空，若为空，表示该索引无效，抛出指针异常，若不为空，则直接返回当前节点的值。

    /**
     * 获取指定索引的节点的值
     *
     * @param index 要查找的索引
     * @return 返回该索引下节点的值
     */
    public int getValue(int index) {
        Node node = findNode(index);
        if (node == null) {
            throw getIllegalArgumentException(index);
        }
        return node.value;
    }
     private IllegalArgumentException getIllegalArgumentException(int index) {
        return new IllegalArgumentException(
                String.format("index [%d] 不合法%n", index));
    }

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八、向某一索引处添加元素

要添加元素，先创建一个保存该元素的节点
若传过来的索引值为0，此时添加元素就是头插，直接调用addFirst()或者将新节点的next指向head，然后head指向新元素，返回即可
若传来的索引不为0，则调用findNode(index)找到当前索引对应的节点，调用findNode(index - 1)找到当前索引的前一个索引对应的节点，若前一个索引的节点为空，表示链表为空，抛出指针异常，若都满足，则将索引上一个对应的节点的next指向新的节点，新节点的next指向索引所以对应的节点，添加完成。

    /**
     * 向某一索引处添加元素
     * @param index     插入的索引
     * @param value     新节点的值
     */
    public void insert(int index, int value) {
        Node newNode = new Node(value, null);
        if (index == 0) {
            addFirst(value);
            return;
        }
        Node node = findNode(index);
        Node prev = findNode(index - 1);
        if (prev == null) {
            throw getIllegalArgumentException(index);
        }
        prev.next = newNode;
        newNode.next = node;
    }

    private IllegalArgumentException getIllegalArgumentException(int index) {
        return new IllegalArgumentException(
                String.format("index [%d] 不合法%n", index));
    }

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九、删除第一个节点

链表为空时，不需要删除
链表不为空，直接将head头指向head的next即可

    /**
     * 删除第一个节点
     */
    public void removeFirst() {
        if (head == null) {
            throw getIllegalArgumentException(0);
        }
        head = head.next;
    }
    private IllegalArgumentException getIllegalArgumentException(int index) {
        return new IllegalArgumentException(
                String.format("index [%d] 不合法%n", index));
    }

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十、删除索引位置对应的元素

当索引为0时，直接调用头删removeFirst()
当索引不为0时，先通过findNode(index - 1)找到要删索引的前一个节点，在通过findNode(index)找到要删的索引对应的节点，当链表为空，抛出异常，当这两个索引对应的节点为空时，说明索引异常，也要抛出异常，以上都满足不为空时，开始删除，直接将上一个索引对应的节点的next指向当前索引对应的节点的next即可。

    /**
     * 删除索引位置对应的元素
     * @param index     索引
     */
    public void remove(int index) {
        if (index == 0) {
            removeFirst();
            return;
        }
        //找到该索引的上一个节点
        Node prev = findNode(index - 1);
        //找到该索引的节点
        Node node = findNode(index);
        if (head == null) {
            throw getIllegalArgumentException(0);
        }
        if (node == null) {
            throw getIllegalArgumentException(index);
        }
        if (prev == null) {
            throw getIllegalArgumentException(index);
        }
        prev.next = node.next;
    }
}
private IllegalArgumentException getIllegalArgumentException(int index) {
        return new IllegalArgumentException(
                String.format("index [%d] 不合法%n", index));
    }