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Java链表详解

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概念

链表(linked list)：是一种物理存储结构上非连续存储结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表中的引用链接次序实现的.

链表由一系列结点（链表中每一个元素称为结点）组成，结点可以在运行时动态生成。每个结点包括两个部分：一个是存储数据元素的数据域，另一个是存储下一个结点地址的指针域。 相比于线性表顺序结构，操作复杂。由于不必须按顺序存储，链表在插入的时候可以达到O(1)的复杂度，比另一种线性表顺序表快得多，但是查找一个节点或者访问特定编号的节点则需要O(n)的时间，而线性表和顺序表相应的时间复杂度分别是O(logn)和O(1)。

链表的分类

排列组合后一共有

C_{2}^{1}*C_{2}^{1}*C_{2}^{1}=8

即一共8种链表，其中单向、不带头、非循环以及双向、不带头、非循环的链表最为重要，也是本文主要介绍的链表类型。

链表的结构

对于链表的结构，可以用如下这个图来模拟。

图中所示的为链表的一个节点，value是这个节点的所存储的数据值，next为下一节点的地址。

下面是一个5个节点的链表。

接下来，我们来实现这样的链表的增删查改：

第一个节点，地址假设是0x999，存储的数据是11，next存储的是下一个节点的地址(假设是0x888)

第二个节点，地址假设是0x888，存储的数据是22，next存储的是下一个节点的地址(假设是0x777)

第三个节点，地址假设是0x777，存储的数据是33，next存储的是下一个节点的地址(假设是0x666)

第四个节点，地址假设是0x666，存储的数据是44，next存储的是下一个节点的地址(假设是0x555)

第五个节点，地址假设是0x555，存储的数据是55，由于没有后续节点，next存储的是空指针null

定义一个head，存储头节点（第一个节点）的地址（假设为0x999）。

代码实现链表

1.创建节点类

节点由val域(数据域)，以及next域(指针域)组成，对于next域，其是引用类型，存放下一个节点的地址，故

 用public ListNode next来创建next。

同时设置构造函数，方便对val进行初始化。

//ListNode代表一个节点
class ListNode{
    public int val;
    public ListNode next;
 
    //构造函数
    public ListNode(int a){
        this.val = a;
    }
}

2.创建链表

方法一：枚举法（略简单，略low）

public class MyLinkedList {
 
    public ListNode head;//链表的头
 
    public void creatList(){
        ListNode listNode1 = new ListNode(11);
        ListNode listNode2 = new ListNode(22);
        ListNode listNode3 = new ListNode(33);
        ListNode listNode4 = new ListNode(44);
        ListNode listNode5 = new ListNode(55);
 
        this.head = listNode1;
 
        listNode1.next = listNode2;
        listNode2.next = listNode3;
        listNode3.next = listNode4;
        listNode4.next = listNode5;
 
    }
}

直接进行val的赋值以及对next的初始化。

注意：不用对最后一个节点的next进行赋值，因为next是引用类型，不赋值则默认为null。

  • 方法二：头插法public void addFirst(int data)

头插法是指在链表的头节点的位置插入一个新节点，定义一个node表示该节点，然后就是对node的next进行赋值，用node.next = this.head即可完成（注意：head应指向新节点）

代码实现

    public void addFirst(int data){
        ListNode node = new ListNode(data);
        node.next = this.head;
        this.head = node;
    }
  • 方法三：尾插法public void addLast(int data)

尾插法是指在链表的尾节点的位置插入一个新节点，定义一个node表示该节点，然后就是对原来最后一个节点的next进行赋值，先将head移动至原来最后一个节点，用head.next = node进行赋值（注意，如果链表不为空，需要定义cur来代替head）

代码实现

    public void addLast(int data){
        ListNode node = new ListNode(data);
        if(this.head == null){
            this.head = node;
        }else {
            ListNode cur = this.head;
            while(cur.next != null){
                cur = cur.next;
            }
            cur.next = node;
        }
    }

3.打印链表：public void display()

认识了链表的结构，我们可以知道，节点与节点之间通过next产生联系。并且我们已将创建了head，即头节点的地址，通过head的移动来实现链表的打印。

注意：为了使head一直存在且有意义，我们在display()函数中定义一个cur：ListNode cur = this.head;来替代head。

对于head的移动，可用head = head.next来实现。

代码实现：

    public void display(){
        ListNode cur = this.head;
        while(cur != null){
            System.out.print(cur.val+" ");
            cur = cur.next;
        }
        System.out.println();
    }

4.查找是否包含关键字key是否在单链表当中：public boolean contains(int key)

查找key，可以利用head移动，实现对于key的查找（注意：同样要定义一个cur来代替head）

代码实现

    public boolean contains(int key){
        ListNode cur = this.head;
        while(cur != null){
            if(cur.val == key){
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }

5.得到单链表的长度：public int Size()

定义计数器count = 0，通过head的移动来判断链表长度（注意：同样要定义一个cur来代替head）

代码实现

    public int Size(){
        int count = 0;
        ListNode cur = this.head;
        while(cur != null){
            count++;
            cur = cur.next;
        }
        return count;
    }

6.任意位置插入,第一个数据节点为0号下标：public boolean addIndex(int index,int data)

比如，我们把一个值为1314，地址是0x520（设为node引用）的节点，即val域值为1314，next域为null，地址是520，将该节点插入至3号位置，

经过分析，需要将head先移至2号位置（注意：用cur代替head，防止head丢失），然后

node.next = cur.next使该节点的next域改为下一节点的地址，再cur.next = node.next使前一节点

的next域改为该节点的地址。

    public void addIndex(int index,int data){
        if(index < 0 ||index > Size()){   //对index位置的合法性进行判断
            return;
        }
        if(index == 0){          //相当于头插法
            addFirst(data);
            return;
        }
        if(index = Size()){      //相当于尾插法
            addLast(data);
            return;
        }
        ListNode cur = findIndex(index);//找到index位置前一位置的地址
        ListNode node = new ListNode(data);//初始化node
        node.next = cur.next;
        cur.next = node;
    }

7.删除第一次出现关键字为key的节点：public void remove(int key)

对于删除第一次出现的key值的节点，若不是头节点，我们只需将key值对应的节点的前一节点的next的域改为key值对应的节点的next域即可。

对于头节点，直接head = head.next即可。

对于key值对应的节点的前一节点，我们可以写一个函数来找到它，方便后续的代码书写。

    //找到key的前驱（前一节点）
    public ListNode searchPrev(int key){
        ListNode cur = this.head;
        while(cur.next != null){
            if(cur.next.val == key){
                return cur;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return null;
    }
    //删除第一次出现关键字为key的节点
    public void remove(int key){
        if(this.head == null){
            return;
        }
        if(this.head.val == key){
            this.head = this.head.next;
            return;
        }
        ListNode cur = searchPrev(key);
        if(cur == null){
            return;             //没有要删除的节点
        }
        ListNode del = cur.next;//定义要删除的节点
        cur.next = del.next;
    }

8.删除所有值为key的节点：public void removeAllKey(int key)

若要删除所有值为key的节点，其实我们只需多次调用上面所写的remove函数即可完成，但是，

若要达到面试难度，那么要求就是遍历一遍链表，删除所有值为key的节点。

情况一:key连续,如下(1,2,3节点)

情况二:key不连续,如下(1,3节点)

代码实现:

    public ListNode removeAllKey(int key){
        if(this.head = null){
            return null;
        }
        ListNode prev = this.head;
        ListNode cur = this.head.next;
        while(cur != null){
            if(cur.val == key){
                prev.next = cur.next;
                cur = cur.next;
            }else {
                prev = cur;
                cur = cur.next;
            }
        }
        if(this.head.val == key){
            this.head = this.head.next;
        }
        return this.head;
    }

9.清空链表：public void clear()

1.简单粗暴的方法：将头节点置为空head = null；即可

2.细腻温柔的做法：将每一个节点都置为空

    public void clear(){
        while(this.head != null){
            ListNode curNext = this.head.next;
            this.head.next = null;
            this.head = curNext;
        }
    }

源码

import java.util.List;
 
 
//ListNode代表一个节点
class ListNode{
    public int val;
    public ListNode next;
 
    //构造函数
    public ListNode(int a){
        this.val = a;
    }
}
public class MyLinkedList {
 
    public ListNode head;//链表的头
 
    public void creatList() {
        ListNode listNode1 = new ListNode(11);
        ListNode listNode2 = new ListNode(22);
        ListNode listNode3 = new ListNode(33);
        ListNode listNode4 = new ListNode(44);
        ListNode listNode5 = new ListNode(55);
 
        this.head = listNode1;
 
        listNode1.next = listNode2;
        listNode2.next = listNode3;
        listNode3.next = listNode4;
        listNode4.next = listNode5;
 
    }
 
    //头插法
    public void addFirst(int data) {
        ListNode node = new ListNode(data);
        node.next = this.head;
        this.head = node;
        /*if(this.head == null){
            this.head = node;
        }else{
            node.next = this.head;
            this.head = node;
        }*/
    }
 
    //尾插法
    public void addLast(int data) {
        ListNode node = new ListNode(data);
        if (this.head == null) {
            this.head = node;
        } else {
            ListNode cur = this.head;
            while (cur.next != null) {
                cur = cur.next;
            }
            cur.next = node;
        }
    }
 
    //打印顺序表
    public void display() {
        ListNode cur = this.head;
        while (cur != null) {
            System.out.print(cur.val + " ");
            cur = cur.next;
        }
        System.out.println();
    }
 
    //查找是否包含关键字key是否在单链表当中
    public boolean contains(int key) {
        ListNode cur = this.head;
        while (cur != null) {
            if (cur.val == key) {
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }
 
    //得到单链表的长度
    public int Size() {
        int count = 0;
        ListNode cur = this.head;
        while (cur != null) {
            count++;
            cur = cur.next;
        }
        return count;
    }
 
    //找到index位置的前一位置的地址
    public ListNode findIndex(int index) {
        ListNode cur = head.next;
        while (index - 1 != 0) {
            cur = cur.next;
            index--;
        }
        return cur;
    }
 
    //任意位置插入,第一个数据节点为0号下标
    public void addIndex(int index, int data) {
        if (index < 0 || index > Size()) {
            return;
        }
        if (index == 0) {          //相当于头插法
            addFirst(data);
            return;
        }
        if (index == Size()) {      //相当于尾插法
            addLast(data);
            return;
        }
        ListNode cur = findIndex(index);//找到index位置前一位置的地址
        ListNode node = new ListNode(data);//初始化node
        node.next = cur.next;
        cur.next = node;
    }
 
    //找到key的前驱（前一节点）
    public ListNode searchPrev(int key) {
        ListNode cur = this.head;
        while (cur.next != null) {
            if (cur.next.val == key) {
                return cur;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return null;
    }
 
    //删除第一次出现关键字为key的节点
    public void remove(int key) {
        if (this.head == null) {
            return;
        }
        if (this.head.val == key) {
            this.head = this.head.next;
            return;
        }
        ListNode cur = searchPrev(key);
        if (cur == null) {
            return;             //没有要删除的节点
        }
        ListNode del = cur.next;//定义要删除的节点
        cur.next = del.next;
    }
 
    //删除所有值为key的节点
    public ListNode removeAllKey(int key) {
        if (this.head = null) {
            return null;
        }
        ListNode prev = this.head;
        ListNode cur = this.head.next;
        while (cur != null) {
            if (cur.val == key) {
                prev.next = cur.next;
                cur = cur.next;
            } else {
                prev = cur;
                cur = cur.next;
            }
        }
        if (this.head.val == key) {
            this.head = this.head.next;
        }
        return this.head;
    }
 
    //清空链表
    public void clear() {
        while (this.head != null) {
            ListNode curNext = this.head.next;
            this.head.next = null;
            this.head = curNext;
        }
    }
}

总结

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