数据结构-链表（Java实现）_java链表类

一、链表的定义

        链表又叫做线性表的链式存储，有一个个节点组成，类似生活中火车车厢一节一节串在一起。链表是一种物理存储结构上非连续的存储结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表的引用链接次序实现的。

链表中的每个结点包含两部分：一个叫数据域：存储数据元素信息；另一个叫指针域：存储下一个结点的存储地址。

二、链表的种类

        链表根据是否带有头结点，不带头结点，单向或者双向，循环或者非循环可以组成8种情况：

                带头  双向  循环链表          不带头  双向  循环链表

                带头  双向  非循环链表       不带头  双向  非循环链表

                带头  单向  循环链表           不带头  单向  循环链表

                带头  单向  非循环链表        不带头  单向  非循环链表

其中双向是带有两个指针域，一个指针域是指向下个结点的存储地址，另一个指针域指向上一个结点的存储地址。

重点掌握：带头单向非循环链表和不带头双向非循环链表

三、不带头单向非循环链表的实现

        （1）创建链表

    static class ListNode {  //静态内部类
        public int value;
        public ListNode next; //因为next是指向结点的,所以是ListNode类型
 
        public ListNode(int value) {  //实例化结点的时候不知道next指向谁,所以不用next构造
            this.value = value;
        }
    }
 
    //链表的属性,链表的头结点
    //不能创建在内部类里,否则成为新结点的头结点
    public ListNode head;  //null
 
    public void creatList() { //方法执行完后,里面的局部变量node1...都会被回收掉,链表还存在
        ListNode node1 = new ListNode(12);
        ListNode node2 = new ListNode(23);
        ListNode node3 = new ListNode(34);
        ListNode node4 = new ListNode(45);
 
        node1.next = node2;
        node2.next = node3;
        node3.next = node4;
 
        this.head = node1;
    }

(2)遍历打印链表元素

        重点：1. 怎么从第一个结点走到下个结点-------head = head.next

                   2. 什么时候算把所有结点遍历完成 --------head==null

    public void display() {
        ListNode cur = head;  //定义一个cur代替head去遍历
        while (cur != null) { //指向空就退出循环
            System.out.println(cur.value + " ");
            cur = cur.next;  //从当前结点走到下个结点
        }
    }

（3）查看关键字key是否在单链表中

    public boolean contains(int key) {
        ListNode cur = head;  //定义一个cur代替head去遍历
        while (cur != null) {  //循环执行完后cur指向尾结..点的后一个位置,也就是null
            if (cur.value == key) {
                System.out.println("元素存在");
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }

（4）求当前链表有多少个结点

    public int size() {
        int count = 0;
        ListNode cur = head;  //定义一个cur代替head去遍历
        while (cur != null) {
            count++;
            cur = cur.next;
        }
        return count;
    }

（5）头插法

    public void addFirst(int data) {
        ListNode node = new ListNode(data);  //创建一个新结点
        node.next = this.head;  //先让新节点的next指向head,然后head指针走向node
        this.head = node;
    }

（6）尾插法

    public void addLast(int data) {
        ListNode node = new ListNode(data);  //创建一个新结点
 
        if (head == null) {
            head = node;   //分两种情况,如果链表是空的
        } else {
            ListNode cur = head;  //定义一个cur代替head去遍历
 
            while (cur.next != null) { //cur.next指向空的时候,就说明是最后一个结点
                cur = cur.next;
            }
            cur.next = node;
        }
    }

(6)链表的插入

1.先找到cur的位置 : cur先走到Index - 1步

public void addIndex(int index, int data) throws indexException {
        //判断index是否合法
        if (index < 0 || index > size()) {
            throw new indexException("index不合法: " + index);
        }
        ListNode node = new ListNode(data);
        if (head == null) {  //链表为空
            head = node;
            return;
        }
        //如果索引为0,直接头插法
        if (index == 0) {
            addFirst(data);
            return;
        }
 
        //如果索引为链表长度,直接尾插法
        if (index == size()) {
            addLast(data);
            return;
        }
 
        //中间插入
        ListNode cur = searchPrevIndex(index);  //cur指向index前一个位置
        node.next = cur.next;  //先把要插入的结点node的next指向cur的next,先绑定后面
        cur.next = node;  //cur的next再指向node,不然会丢失
 
    }

(7) 查看关键字key是否在链表中

public boolean contains(int key) {
        ListNode cur = head;  //定义一个cur代替head去遍历
        while (cur != null) {  //循环执行完后cur指向尾结..点的后一个位置,也就是null
            if (cur.value == key) {
                System.out.println("元素存在");
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }

(8) 删除key结点

        因为是单向链表,cur不能走到要删除结点的位置,否则找不到删除结点的前驱,因为链表的删除操作是让删除结点的前驱直接指向删除结点的后继,所以cur要走到要删除结点的前驱即可.

public void remove(int key) {
        //链表为空
        if (head == null) {
            return;
        }
        //删除的关键字是头结点
        if (head.value == key) {
            head = head.next;  //直接指向头结点的下一位
            return;
        }
        //删除操作
        ListNode cur = findPrevKey(key);
        if (cur == null) {
            System.out.println("没有你要删除的数字");
            return;
        } else {
            cur.next = cur.next.next;   //直接指向要删除的下下个结点
        }
    }
 
    private ListNode findPrevKey(int key) {  //找322去    到要删除结点的前驱才能
        ListNode cur = head;  //定义一个cur代替head去遍历
        while (cur.next != null) {
            if (cur.next.value == key) {
                return cur;
            } else {
                cur = cur.next;
            }
        }
        return null;
    }

(9) 删除所有值为key的节点

public void removeAllKey(int key) {
        if (head == null) {
            return;
        }
 
        while (head.value == key) { //会出现重复要删除的头结点,所以要用循环判断
            head = head.next;
            return;
        }
        ListNode cur = head.next;  //定义一个cur代替head去遍历
        ListNode prev = head; //代表要删除结点的前驱
        while (cur != null) {
            if (cur.value == key) {
                prev.next = cur.next;  //这一步cur的前驱直接跳过cur结点,指向cur的后继
                cur = cur.next;
            } else {
                prev = cur;
                cur = cur.next;
            }
        }
    }

(10) 求链表的长度

public int size() {
        int count = 0;
        ListNode cur = head;  //定义一个cur代替head去遍历
        while (cur != null) {
            count++;
            cur = cur.next;
        }
        return count;
    }

(11) 清空链表

        当一个对象没有人引用的时候就会被回收掉

//清空
    @Override
    public void clear() {
        head = null;  //当一个对象没人引用的时候就会被回收
    }

四、链表的优缺点

        优点：
                1、对于频繁插入和删除数据的操作，链表的效率很高
                2、单链表不需要分配存储空间，只要有就可以分配，元素个数也不受限制
        缺点：
                1、在查找数据元素上，时间复杂度为O(N)
                2、链表不是一种随机存储结构，不能随机存取元素。