【数据结构】单链表代码实现


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石可破也,而不可夺坚;丹可磨也,而不可夺赤。


链表

  • 一、创建链表初始化值
  • 二、向链表头部添加
  • 三、遍历链表
    • 3.1 迭代器遍历
    • 3.2通过函数式接口实现(while循环)
    • 3.3通过函数式接口实现(for循环)
  • 四、找最后一个节点
  • 五、向链表尾部插入元素
  • 六、 根据索引查找节点
  • 七、获取指定索引的节点的值
  • 八、向某一索引处添加元素
  • 九、删除第一个节点
  • 十、删除索引位置对应的元素

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;
        }
    }
}

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);
    }

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;
            }
        };
    }

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;
        }
    }

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);
        }
    }

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;
    }

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;
    }


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;
    }

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));
    }

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));
    }

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));
    }

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));
    }

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