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在实现单链表之前,先看看数组和单链表之间的区别:
数组:
1)数组需要维护下标
2)数组定义时需要指定数组长度
3)当在数组的某些位置增加和删除元素时,还要编写代码处理元素的移动
4)时间性能:查找O(1)、插入和删除O(n)
5)空间性能:需要预分配存储空间,分大了浪费,小了容易溢出
单链表:
1)长度可变,扩展性好
2)内存利用高(可以不连续)
3)时间性能:查找O(n)、插入和删除O(1)
4)空间性能:不需要分配存储空间,只要有就可以分配,元素个数不受限制
单链表的逻辑结构如下图所示:
单链表的存储结构图如下:
了解了单链表的特性后,接下来我们举一个例子,用代码将其实现。
- package com.chtw.linkedlist;
-
- public class SingleLinkedListDemo {
-
- public static void main(String[] args) {
- // 测试
- // 先创建节点
- HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及时雨");
- HeroNode hero2 = new HeroNode(5, "卢俊义", "玉麒麟");
- HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
- HeroNode hero4 = new HeroNode(8, "林冲", "豹子头");
-
- HeroNode hero5 = new HeroNode(4, "宋江", "及时雨");
- HeroNode hero6 = new HeroNode(6, "卢俊义", "玉麒麟");
- HeroNode hero7 = new HeroNode(7, "吴用", "智多星");
- HeroNode hero8 = new HeroNode(2, "林冲", "豹子头");
-
- // 创建链表
- SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
- SingleLinkedList singleLinkedList1 = new SingleLinkedList();
-
- // 加入
- /*
- * singleLinkedList.add(hero1); singleLinkedList.add(hero2);
- * singleLinkedList.add(hero3); singleLinkedList.add(hero4);
- */
- singleLinkedList.addByOrder(hero1);
- singleLinkedList.addByOrder(hero4);
- singleLinkedList.addByOrder(hero3);
- singleLinkedList.addByOrder(hero2);
-
- singleLinkedList1.addByOrder(hero5);
- singleLinkedList1.addByOrder(hero6);
- singleLinkedList1.addByOrder(hero7);
- singleLinkedList1.addByOrder(hero8);
- // 测试一下单链表的反转功能
- System.out.println("原来链表1的情况~~");
- singleLinkedList.list();
-
- System.out.println("原来链表2的情况~~");
- singleLinkedList1.list();
-
- /*System.out.println("原来链表的情况~~");
- singleLinkedList1.list();*/
-
-
- /*
- * System.out.println("size=" + singleLinkedList.getLength());
- * System.out.println("倒数第2个=" + singleLinkedList.findLastIndexNode(2));
- */
-
- // 测试删除
- /*singleLinkedList.delete(2);
- System.out.println("删除节点后的链表");*/
- //测试反转
- /*System.out.println("反转链表后~");
- singleLinkedList.reversetList();*/
-
- System.out.println("连接两个列表后~");
- singleLinkedList.mergeSingleLinkedList(singleLinkedList.getHead(), singleLinkedList1.getHead());
-
-
- }
-
-
- }
-
- /**
- * HeroNode节点
- *
- * @author CHTW
- *
- */
- class HeroNode {
- public int no;
- public String name;
- public String nickName;
- public HeroNode next;
-
- public HeroNode(int no, String name, String nickName) {
- super();
- this.no = no;
- this.name = name;
- this.nickName = nickName;
- }
-
- @Override
- public String toString() {
- return "HeroNode [no=" + no + ", name=" + name + ", nickName=" + nickName + "]";
- }
-
- }
-
- /**
- * 创建单链表
- *
- * @author CHTW
- *
- */
- class SingleLinkedList {
- // 先初始化一个头节点, 头节点不要动, 不存放具体的数据
- private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");
-
- // 返回头节点
- public HeroNode getHead() {
- return head;
- }
-
- /** 添加节点的方法-->在链表的最后面添加*/
- public void add(HeroNode heroNode) {
- // 头节点不能动,创建一个局部临时的辅助变量(指针)
- HeroNode temp = head;
- // 遍历链表
- while (true) {
- // 找到链表的最后
- if (temp.next == null) {
- break;
- }
- // 如果没有找到最后, 将temp后移
- temp = temp.next;
- }
- // 当退出while循环时,temp就指向了链表的最后
- // 将最后这个节点的next 指向 新的节点
- temp.next = heroNode;
- }
-
- /**添加节点的方法-->按照no进行排序*/
- public void addByOrder(HeroNode heroNode) {
- // 因为头节点不能动,因此我们仍然通过一个辅助指针(变量)来帮助找到添加的位置
- // 因为单链表,因为我们找的temp 是位于 添加位置的前一个节点,否则插入不了
- HeroNode temp = head;
- boolean flag = false; // flag标志添加的编号是否存在,默认为false
- while (true) {
- if (temp.next == null) {// 说明temp已经在链表的最后
- break;
- }
- if (temp.next.no > heroNode.no) { // 位置找到,就在temp的后面插入
- break;
- } else if (temp.next.no == heroNode.no) {// 说明希望添加的heroNode的编号已然存在
- flag = true; // 说明编号存在
- break;
- }
- temp = temp.next; // 后移,遍历当前链表
- }
- // 判断flag 的值
- if (flag) { // 不能添加,说明编号存在
- System.out.printf("准备插入的英雄的编号 %d 已经存在了, 不能加入\n", heroNode.no);
- } else {
- // 插入到链表中, temp的后面
- heroNode.next = temp.next;
- temp.next = heroNode;
- }
- }
-
- // 遍历链表
- public void list() {
- if (head.next == null) {
- System.out.println("链表为空~~");
- return;
- }
- // 头节点不能动,创建一个局部临时的辅助变量(指针)
- HeroNode temp = head.next;
- while (true) {
- // 判断是否为空
- if (temp == null) {
- break;
- }
- System.out.println(temp);
- // 将temp后移, 一定小心
- temp = temp.next;
- }
- }
-
- /**
- * 获取到单链表的节点的个数(如果是带头结点的链表,需求不统计头节点)
- *
- * @param head
- * 链表的头节点
- * @return 返回的就是有效节点的个数
- */
- public int getLength() {
- if (head.next == null) { // 空链表
- return 0;
- }
- int length = 0;
- // 定义一个辅助的变量, 这里我们没有统计头节点
- HeroNode cur = head.next;
- while (cur != null) {
- length++;
- cur = cur.next; // 遍历
- }
- return length;
- }
-
- /**
- * 查找单链表中的倒数第k个结点 【新浪面试题】
- * 思路
- * 1. 接收一个index
- * 2. index 表示是倒数第index个节点
- * 3.先把链表从头到尾遍历,得到链表的总的长度 getLength
- * 4. 得到size 后,我们从链表的第一个开始遍历(size-index)个,就可以得到
- * 5. 如果找到了,则返回该节点,否则返回null
- */
- public HeroNode findLastIndexNode(int index) {
- // 判断如果链表为空,返回null
- if (head.next == null) {
- return null;// 没有找到
- }
- // 第一个遍历得到链表的长度(节点个数)
- int size = getLength();
- // 第二次遍历 size-index 位置,就是我们倒数的第K个节点
- // 先做一个index的校验
- if (index <= 0 || index > size) {
- return null;
- }
- // 定义给辅助变量, for 循环定位到倒数的index
- HeroNode cur = head.next;
- for (int i = 0; i < size - index; i++) {
- cur = cur.next;
- }
- return cur;
- }
-
- /**
- * 删除节点函数
- * 1. 判断链表是否为空
- * 2. 遍历链表,查找到no一直的节点 创建一个辅助变量cur,cur辅助节点找到待删除节点的前一个节点
- * 3.删除节点操作
- * 1)先找到该节点
- * 2)cur.next = cur.next.next;
- *
- * @param no
- */
- public void delete(int no) {
- HeroNode cur = head;
- boolean flag = false;
- while (true) {
- // 到达链表尾部
- if (cur.next == null) {
- break;
- }
- if (cur.next.no == no) {
- flag = true;
- break;
- }
- cur = cur.next;// 后移,遍历
- }
- if (flag) {
- // 删除节点
- cur.next = cur.next.next;
- } else {
- System.out.println("要删除的节点不存在!");
- }
-
- }
-
- /** 修改节点的信息, 根据no编号来修改,即no编号不能改.
- * 说明
- * 1. 根据 newHeroNode 的 no 来修改即可
- */
- public void update(HeroNode newHeroNode) {
- // 判断是否空
- if (head.next == null) {
- System.out.println("链表为空~");
- return;
- }
- // 找到需要修改的节点, 根据no编号
- // 定义一个辅助变量
- HeroNode temp = head.next;
- boolean flag = false; // 表示是否找到该节点
- while (true) {
- if (temp == null) {
- break; // 已经遍历完链表
- }
- if (temp.no == newHeroNode.no) {
- // 找到
- flag = true;
- break;
- }
- temp = temp.next;
- }
- // 根据flag 判断是否找到要修改的节点
- if (flag) {
- temp.name = newHeroNode.name;
- temp.nickName = newHeroNode.nickName;
- } else { // 没有找到
- System.out.printf("没有找到 编号 %d 的节点,不能修改\n", newHeroNode.no);
- }
- }
-
- /**
- * 单链表的反转
- */
- public void reversetList() {
- // 如果当前链表为空,或者只有一个节点,无需反转,直接返回
- if (head.next == null || head.next.next == null) {
- return;
- }
- // 定义一个辅助的指针(变量),帮助我们遍历原来的链表
- HeroNode cur = head.next;
- HeroNode next = null;// 指向当前节点[cur]的下一个节点
- HeroNode reverseHead = new HeroNode(0, "", "");
- // 遍历原来的链表,每遍历一个节点,就将其取出,并放在新的链表reverseHead 的最前端
- while (cur != null) {
- next = cur.next;// 先暂时保存当前节点的下一个节点,因为后面需要使用
- cur.next = reverseHead.next;// 将cur的下一个节点指向新的链表的最前端
- reverseHead.next = cur; // 将cur 连接到新的链表上
- cur = next;// 让cur后移
- }
- // 将head.next 指向 reverseHead.next , 实现单链表的反转
- head.next = reverseHead.next;
- }
-
- /**
- * 合并两个有序的单链表,合并之后的链表依然有序
- * @param oldNode1
- * @param oldNode2
- * @return
- */
- public void mergeSingleLinkedList(HeroNode oldNode1, HeroNode oldNode2) {
- HeroNode temp1 = oldNode1.next;
- HeroNode temp2 = oldNode2.next;
-
- HeroNode newHead = new HeroNode(0, "", "");
-
- if(oldNode1.next == null){
- newHead.next = oldNode2.next;
- }else if(oldNode2.next == null){
- newHead.next = oldNode1.next;
- }
-
- HeroNode temp3 = newHead;
-
- while(temp1 != null || temp2 != null){
-
- //链表1为空
- if(temp1 == null && temp2 != null){
- temp3.next = temp2;
- temp2 = temp2.next;
- }else if(temp2 == null && temp1 != null){//链表2为空
- temp3.next = temp1;
- temp1 = temp1.next;
- }else {//链表都不为空
- if (temp1.no <= temp2.no) {
- temp3.next = temp1;
- temp1 = temp1.next;
- } else {
- temp3.next = temp2;
- temp2 = temp2.next;
- }
- }
- temp3 = temp3.next;
- }
- SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
- singleLinkedList.show(newHead);
-
-
- }
-
-
- }
main方法里面写了测试,测试的是将两个有序单链表连接起来,依然有序的结构,测试结果如下:
完善一些
- package com.chtw.linkedlist;
-
- import java.util.ArrayList;
- import java.util.List;
-
- public class SingleLinkedListTest {
-
- public static void main(String[] args) {
- HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及时雨");
- HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
- HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
- HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林冲", "豹子头");
-
- SingleLinkedListWithHead<HeroNode> linkedListWithHead = new SingleLinkedListWithHead<HeroNode>();
- linkedListWithHead.add(hero1);
- linkedListWithHead.add(hero2);
- linkedListWithHead.add(hero3);
- linkedListWithHead.add(hero4);
-
- System.out.println("==============原链表================");
- List<SingleLinkedListWithHead<HeroNode>.Node<HeroNode>> nodeList = linkedListWithHead.list();
- System.out.println(nodeList);
-
- System.out.println("==============删除一个后的链表================");
- linkedListWithHead.dele(hero4);
-
- List<SingleLinkedListWithHead<HeroNode>.Node<HeroNode>> nodeList1 = linkedListWithHead.list();
- System.out.println(nodeList1);
-
- System.out.println("==============查找index==1================");
- SingleLinkedListWithHead<HeroNode>.Node<HeroNode> a = linkedListWithHead.findValue(1);
- System.out.println(a);
-
- System.out.println("==============链表长度================");
- int size = linkedListWithHead.getLength();
- System.out.println(size);
- }
-
- }
-
- /**
- * 带有头节点的单链表
- * @author CHTW
- *
- */
- class SingleLinkedListWithHead<E>{
-
- //指定头节点
- private Node<E> head;
-
- @SuppressWarnings("hiding")
- class Node<E> {
- protected E element;
- protected Node<E> next;
-
- //构造器
- public Node(E data){
- this.element = data;
- }
-
- @Override
- public String toString() {
- return "Node [element=" + element + "]";
- }
-
-
- }
-
- /**
- * 构造器
- */
- @SuppressWarnings("unchecked")
- public SingleLinkedListWithHead(){
- head = new Node<>((E)new Object());
- }
- /**
- * 实现在链表的尾部插入数据
- * @param data
- */
- public void add(E data) {
- //创建新节点
- Node<E> newNode = new Node<>(data);
- //遍历当前链表,找到最后一个节点
- Node<E> temp = head;
- while(temp.next != null){
- temp = temp.next;
- }
- //绑定最后的一个节点的next
- temp.next = newNode;
- }
-
- /**
- * 删除
- * @param date
- * @return
- */
- public boolean dele(E data) {
- //head节点需要单独处理
- if(head.element == data){
- head = head.next;
- return true;
- }
- //删除某一个正常节点
- Node<E> tmp = head;
- while(tmp.next != null){
- if(tmp.next.element == data){
- tmp.next = tmp.next.next;
- return true;
- }
- tmp = tmp.next;
- }
- return false;
- }
-
- /**
- * 获取长度
- * @return
- */
- public int getLength() {
- int length = 0;
- Node<E> temp = head;
- while(temp.next != null) {
- length ++;
- temp = temp.next;
- }
- return length;
- }
-
- /**
- * 获取index处的元素
- * @param index
- * @return
- */
- public Node<E> findValue(int index){
- if(index < 0) {
- return null;
- }else {
- Node<E> temp = head;
- while(index-- > 0 && temp.next != null) {
- temp = temp.next;
- }
- if(index<=0) {
- return temp;
- }
- return null;
- }
- }
-
- /**
- * 遍历链表
- * @return
- */
- public List<Node<E>> list(){
- List<Node<E>> nodeList = new ArrayList<Node<E>>();
- Node<E> temp = head.next;
- while(temp != null) {
- nodeList.add(temp);
- temp = temp.next;
- }
- return nodeList;
- }
-
-
- }
在学习双链表之前,先看看单链表的缺点。
单向链表的缺点分析:
为了能够实现双向查找的和自我删除的功能,引出了双向链表的概念。
双向链表的逻辑结构图如下所示:
接下来代码实现一波
- package com.chtw.linkedlist;
- /**
- * 双向链表
- * 单向链表的缺点分析:
- * 单向链表,查找的方向只能是一个方向,而双向链表可以向前或者向后查找。
- * 单向链表不能自我删除,需要靠辅助节点 ,而双向链表,则可以自我删除,所以前面我们单链表删除时节点,总是找到temp,temp是待删除节点的前一个节点
- * @author CHTW
- *
- */
- public class DoubleLinkedListDemo {
-
- public static void main(String[] args) {
- //测试添加和显示
- HeroNodeDouble hero1 = new HeroNodeDouble(1, "宋江", "及时雨");
- HeroNodeDouble hero2 = new HeroNodeDouble(5, "卢俊义", "玉麒麟");
- HeroNodeDouble hero3 = new HeroNodeDouble(3, "吴用", "智多星");
- HeroNodeDouble hero4 = new HeroNodeDouble(8, "林冲", "豹子头");
- HeroNodeDouble hero5 = new HeroNodeDouble(2, "XXX", "XXXX头");
-
- HeroNodeDouble hero6 = new HeroNodeDouble(9 , "SSSS", "XXXSSX头");
-
- DoubleLinkedList doubleLinkedList = new DoubleLinkedList();
- /*doubleLinkedList.add(hero1);
- doubleLinkedList.add(hero2);
- doubleLinkedList.add(hero3);
- doubleLinkedList.add(hero4);*/
- doubleLinkedList.addByOrder(hero1);
- doubleLinkedList.addByOrder(hero2);
- doubleLinkedList.addByOrder(hero3);
- doubleLinkedList.addByOrder(hero4);
- doubleLinkedList.addByOrder(hero5);
- System.out.println("原链表");
- doubleLinkedList.list();
- //doubleLinkedList.addByOrder(hero1);
- System.out.println("删除后的链表");
- doubleLinkedList.delete(hero4);
- doubleLinkedList.list();
-
- System.out.println("修改后的链表");
- doubleLinkedList.update(hero6);
- doubleLinkedList.list();
- }
- }
- class HeroNodeDouble{
- public int no;
- public String name;
- public String nickName;
- public HeroNodeDouble next;// 指向后一个节点, 默认为null
- public HeroNodeDouble pre;// 指向前一个节点, 默认为null
-
- public HeroNodeDouble(int no, String name, String nickName) {
- super();
- this.no = no;
- this.name = name;
- this.nickName = nickName;
- }
-
- @Override
- public String toString() {
- return "HeroNode [no=" + no + ", name=" + name + ", nickName=" + nickName + "]";
- }
- }
-
- class DoubleLinkedList {
-
- //头节点
- private HeroNodeDouble head = new HeroNodeDouble(0, "", "");
-
- public HeroNodeDouble getHead() {
- return head;
- }
-
-
-
- public void setHead(HeroNodeDouble head) {
- this.head = head;
- }
- /**
- * 删除函数
- * @param hero5
- */
- public void delete(HeroNodeDouble heroNode) {
- //辅助变量
- HeroNodeDouble temp = head.next;
- if(temp == null) {
- System.out.println("链表为空~~");
- return;
- }
- boolean flag = false;
- //开始遍历
- while(true) {
- if(temp == null) {
- break;
- }
- if(temp.no == heroNode.no) {
- flag = true;
- break;
- }
- temp = temp.next;
- }
-
- //退出循环时,找到了要删除的节点
- if(flag) {
- temp.pre.next = temp.next;
- // 如果是最后一个节点,就不需要执行下面这句话,否则出现空指针
- if (temp.next != null) {
- temp.next.pre = temp.pre;
- }
- }else {
- System.out.println(temp+"节点不存在~");
- }
- }
- /**
- * 在双链表的最后添加节点
- */
- public void add(HeroNodeDouble heroNode) {
- // 因为head节点不能动,因此我们需要一个辅助遍历 temp
- HeroNodeDouble temp = head;
- // 遍历链表,找到最后
- while(true) {
- if(temp.next == null) {
- break;
- }
- temp = temp.next;
- }
- // 当退出while循环时,temp就指向了链表的最后
- // 形成一个双向链表
- temp.next = heroNode;
- heroNode.pre = temp;
- }
-
- /**
- * 按照heroNode的no进行排序添加
- * @param heroNode
- */
- public void addByOrder(HeroNodeDouble heroNode) {
- // 因为head节点不能动,因此我们需要一个辅助遍历 temp,temp表示要插入节点的前一个节点
- HeroNodeDouble temp = head;
- boolean flag = true;
- // 遍历链表,找到最后
- while (true) {
- if (temp.next == null) {
- break;
- }
- if(temp.next.no == heroNode.no) {
- flag = false;
- System.out.printf("节点序号 %d 已存在~~\n",temp.next.no);
- break;
- }
- if(temp.next.no > heroNode.no && temp.no < heroNode.no) {
- break;
- }
- temp = temp.next;
- }
- if(flag) {
- // 形成一个双向链表
- if(temp.next == null) {
- temp.next = heroNode;
- heroNode.pre = temp;
- }else {
- temp.next.pre = heroNode;
- heroNode.next = temp.next;
- temp.next = heroNode;
- heroNode.pre = temp;
- }
- }
-
-
- }
-
- /**
- * 遍历双向链表
- */
- public void list() {
- if(head.next == null) {
- System.out.println("链表为空~");
- return;
- }
- // 因为头节点,不能动,因此我们需要一个辅助变量来遍历
- HeroNodeDouble temp = head.next;
- //开始遍历
- while(true) {
- //到达链表的尾部
- if(temp == null) {
- break;
- }
- // 输出节点的信息
- System.out.println(temp);
- // 将temp后移, 一定小心
- temp = temp.next;
- }
-
- }
- public void update(HeroNodeDouble heroNode) {
- // 因为头节点,不能动,因此我们需要一个辅助变量来遍历
- HeroNodeDouble temp = head.next;
- boolean flag = false;
- // 开始遍历
- while (true) {
- // 到达链表的尾部
- if (temp == null) {
- break;
- }
- if(temp.no == heroNode.no) {
- flag = true;
- break;
- }
- temp = temp.next;
- }
- if(flag) {
- temp.name = heroNode.name;
- temp.nickName = heroNode.nickName;
- }else {
- System.out.println("该节点不存在~");
- }
- }
- }
测试结果:
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