Java 数据结构 --- 单链表

单链表

数组和链表都是线性的数据存储结构的基础，栈和队列都是线性存储结构的应用。

众所周知，数组是一种连续的存储线性结构，元素的类型是相同的，大小相等。但是数组的存取速度快。不过好像数组的有点好像就只有这个，相反，数组的缺点就是一大摞：数组不能改变初始化后的大小，插入和删除元素效率低下，而且需要预先分配一定量的连续的内存。相比之下，链表是离散存储线性结构。每个单链表节点都只有两个指针（数据指针、下个节点的地址指针），彼此通过指针相连。。单链表的这些特性就决定了它不受磁盘空间限制，插入删除元素效率较高，唯一的缺点就是读写很慢。

单链表的首节点没有前驱节点，尾节点没有后续节点，首节点储存着下个节点的地址，下个节点也存储着下个节点的地址，依次类推，尾节点的下个节点地址为空。（详细可见下图）

基本操作

惯例，先创建一个节点类，并定义数据域和指针域：

/*** 节点* @author huaian**/
public class Node {// node dataint data;// next node Node nextNode;// 构造函数public Node(int data) {super();this.data = data;}
}

单链表的基本操作有以下这几种：

方法名	描述
append()	向链表的尾节点添加一个节点
getData()	取出当前节点数据的值
isLast()	判断是否是最后一个节点
remove(int index)	删除指定索引的节点(index >= 1)

1）追加节点

向链表的尾节点添加一个节点
– ① 先用最简单的方法来追加节点，简单到直接贴代码（为了方便操作，多谢一个 next() 方法来获取下一个节点）：

/*** 在末尾添加节点* @param node 待添加节点*/
public void append(Node node) {this.nextNode = node;
}/*** 获取下一个节点* @return 下一个节点*/
public Node next() {return this.nextNode;
}

– ② 追加节点的功能已经写完，现在调用一下：

// 创建一个节点
Node node01 = new Node(1);
// 追加节点 4 5 6
node01.append(new Node(4));
node01.next().append(new Node(5));
node01.next().next().append(new Node(6));

– ③通过上述代码我们可以看到，每次追加代码只能用过调用 next() 来获取下一个节点，非常麻烦。能不能 append() 自行判断下个节点是否为最后一个节点，上层调用只管追加就行？那肯定是可以，于是改了一下以上代码，见下：

/*** 追加节点* @param node 待添加的node*/
public void append(Node node) {// 获取当前节点Node currentNode = this;while (true) {// 获取下一个节点Node nextNode = currentNode.nextNode;// 判断是否是最后一个节点if (nextNode == null) {break;}currentNode = nextNode;}// 添加节点currentNode.nextNode = node;
}

– ④ 这样修改之后就可以这样添加元素，上层调用就只管 append ，无需获取下一个节点再添加节点。于是乎调用就变成了这样：

// 向 node01 添加元素
node01.append(new Node(4));
node01.append(new Node(5));
node01.append(new Node(6));

– ⑤ 其实我们还可以再改一下，使得可以链式调用 append()，把 append() 返回当前节点便可：

/*** 追加节点* @param node 待添加的node*/
public Node append(Node node) {// 获取当前节点Node currentNode = this;while (true) {// 获取下一个节点Node nextNode = currentNode.nextNode;// 判断是否是最后一个节点if (nextNode == null) {break;}currentNode = nextNode;}// 添加节点currentNode.nextNode = node;return this;
}

– ⑥ 链式调用如下：

// 链式调用
node01.append(new Node(4)).append(new Node(5)).append(new Node(6));

那么，单链表添加节点的功能到这里就完成了。

2）获取数据

这个功能也比较简单，只需要把当前的数据域的值返回便可，这里就不累赘了，直接贴代码：

/*** 获取当前节点的数据* @return*/
public int getData() {return this.data;
}

3）判断是否是最后一个节点

这个功能也比较简单，只需要判断当前的节点的指针域是否为空便可，这里就不累赘了，直接贴代码：

/*** 判断当前节点是否为空* @return */
public boolean isLast() {return nextNode == null;
}

4）删除某一节点

这个功能就有点绕了，成功的把自己也给绕进去了。不过还好憋出来了。

删除某一节点，核心思想就是：把存储当前节点的指针域，改为存储当前节点的下一个节点便可。
主要的难点是：因为单链表，当前节点只有下一个节点的指针域，无法获取前一个节点的信息。
实现思路：
– ① 获取当前链表和该链表的长度
– ② 找到待删除索引的下标的节点 current 的前一个节点 prev
– ③ 把 prev 的指针域链到 current 的下一个节点
– ④ 添加相关的有效性检查
代码实现：

/*** 删除指定索引下标的元素* @param index 索引* @return 新的链表*/
public Node remove(int index) {Node headNode = this;Node currentNode = headNode;Node preNode = null;// 索引越界或者当前节点不存在则抛出异常if (index > size || index <= 0) {throw new IndexOutOfBoundsException(index);}int count = 1;// 找到待删除节点的前一个节点while (!currentNode.isLast() && count < index) {preNode = currentNode;currentNode = currentNode.nextNode;count++;}if (preNode == null && index == count) {headNode = currentNode.nextNode;} else {preNode.nextNode = currentNode.nextNode;}size--;return headNode;
}

完整代码

因为代码是演进的，可能在某个功能会出现阅读困难的问题，在这里贴上完整代码，方便查阅。

完整代码：

/*** 节点* * @author huaian**/
public class Node {// node dataint data;// next nodeNode nextNode;// node sizeint size;public Node() {super();size = 0;}public Node(int data) {super();this.data = data;size++;}/*** 追加节点* * @param node 待添加的node*/public Node append(Node node) {// 获取当前节点Node currentNode = this;while (true) {// 获取下一个节点Node nextNode = currentNode.nextNode;// 判断是否是最后一个节点if (nextNode == null) {break;}currentNode = nextNode;}// 添加节点currentNode.nextNode = node;size++;return this;}/*** 删除指定索引下标的元素* @param index 索引* @return 新的链表*/public Node remove(int index) {Node headNode = this;Node currentNode = headNode;Node preNode = null;// 索引越界或者当前节点不存在则抛出异常if (index > size || index <= 0) {throw new IndexOutOfBoundsException(index);}int count = 1;// 找到待删除节点的前一个节点while (!currentNode.isLast() && count < index) {preNode = currentNode;currentNode = currentNode.nextNode;count++;}if (preNode == null && index == count) {headNode = currentNode.nextNode;} else {preNode.nextNode = currentNode.nextNode;}size--;return headNode;}/*** 获取下一个节点* * @return 下一个节点*/public Node next() {return this.nextNode;}/*** 获取当前节点的数据* * @return 节点数据*/public int getData() {return this.data;}/*** 判断当前节点是否是最后一个节点* * @return 是否为最后一个节点*/public boolean isLast() {return nextNode == null;}/*** 链表节点数* * @return 节点数*/public int size() {return size;}/*** 判空* * @return 是否为空链表*/public boolean isEmpty() {return size == 0;}
}

总结

其实链表在数据结构的内容中还是占有很大的比重的，但是关乎于指针的东西还是比较复制，不过幸好我们用的是 Java 语言，在 C 语言中，实现上述代码，还是要有一定的理解能力的。有人说 Java 的数据结构是没有灵魂的（其实是我说的）。因为 Java 没有指针，C/C++ 才有指针。数据结构学的是思想，锻炼的是思维，与语言的关系不大，所以关于语言这一块，可以按照个人喜好来选择。

本来这篇文章还要憋很久才能出来，但是！！！今天（20190922）情况特殊，打个篮球还把脚给崴了，得去敷药，今天就写到这吧。后续会慢慢补上。
20190923 更，下课回来继续补充，不知道是怎么滴，浑身痛，躺了两个小时还是爬起来写，结果 remove 有点绕，结果把自己给绕进去了。后面问了下同学，捋了一下思路，还是憋出来了。

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惯例放一下座右铭：
人若无名，专心练剑！