线性表的链式存储--单链表

Java之线性表的链式存储——单链表

咱们都知道，线性表的存储结构分为两种，顺序存储结构和链式存储结构，线性表的分类能够参考下图来学习记忆。今天咱们主要来学习一下链式存储结构。

1、链式存储介绍

"链式存储结构，地址能够连续也能够不连续的存储单元存储数据元素"——来自定义。

其实，你能够想象这样一个场景，你想找一我的（他的名字叫小谭）,因而你首先去问 A ， A 说他不知道，可是他说 B 可能知道，并告诉了你 B 在哪里，因而你找到 B ，B 说他不知道，可是他说 C 可能知道，并告诉了你 C 的地址，因而你去找到 C ，C 真的知道小谭在何处。

上面场景其实能够帮助咱们去理解链表，其实每个链表都包含多个节点，节点又包含两个部分，一个是数据域（储存节点含有的信息），一个是指针域（储存下一个节点或者上一个节点的地址），而这个指针域就至关于你去问B，B知道C的地址，这个指针域就是存放的 C 的地址。

链表下面其实又细分了3种：单链表、双向链表和循环链表。今天咱们先讲单链表。

2、单链表介绍

什么是单链表呢？单链表就是每个节点只有一个指针域的链表。以下图所示，就是一个带头节点的单链表。下面咱们须要知道什么是头指针，头节点和首元节点。

头指针：指向链表节点的第一个节点的指针

头节点：指在链表的首元节点以前附设的一个节点

首元节点：指在链表中存储第一个实际数据元素的节点（好比上图的 a1 节点）

3、单链表的建立

单链表的建立有两种方式，分别是头插法和尾插法。

一、头插法

头插法，顾名思义就是把新元素插入到头部的位置，每次新加的元素都做为链表的第一个节点。那么头插入法在Java中怎么实现呢。首先咱们须要定义一个节点，以下

public class ListNode {
  public int val; //数据域
  public ListNode next;//指针域
}复制代码

而后咱们就建立一个头指针（不带头节点）

//元素个数
int n = 5;
//建立一个头指针
ListNode headNode = new ListNode();
//头插入法
headNode= createHead(headNode, n);复制代码

而后建立一个私有方法去实现头插法，这里咱们插入5个新元素，头插入的核心是要先断开首元节点和头指针的链接，也就是须要先将原来首元节点的地址存放到新节点的指针域里，也就是 newNode.next = headNode.next，而后再让头指针指向新的节点 headNode.next = newNode，这两步是头插入的核心，必定要理解。

/**
 * 头插法
 * 新的节点放在头节点的后面，以前的就放在新节点的后面
 * @param headNode 头指针
 * @return
 */
private static ListNode createHead(ListNode headNode, int n) {
  //插入5个新节点
  for (int i = 1; i <= n; i++) {
    ListNode newNode = new ListNode();
    newNode.val = i;
    //将以前的全部节点指向新的节点（也就是新节点指向以前的全部节点）
    newNode.next = headNode.next;
    //将头指针指向新的节点
    headNode.next = newNode;
  }
  return headNode;
}复制代码

最后我把链表打印输出一下（其实也是单链表的遍历），判断条件就是只有当指针域为空的时候才是最后一个节点。

private static void printLinkedList(ListNode headNode) {
  int countNode = 0;
  while (headNode.next != null){
    countNode++;
    System.out.println(headNode.next.val);
    headNode = headNode.next;
  }
  System.out.println("该单链表的节点总数：" +countNode);
}复制代码

最后的输出结果显然是逆序，由于没一个新的元素都是从头部插入的，天然第一个就是最后一个，最后一个就是第一个：

二、尾插法

尾插法，顾名思义就是把新元素插入到尾部的位置（也就是最后一个位置），每次新加的元素都做为链表的第最后节点。那么尾插法在 Java 中怎么实现呢，这里仍是采用不带头节点的实现方式，头节点和头指针和头插入的实现方式同样，这里我就直接将如何实现：

/**
 * 尾插法
 * 找到链表的末尾结点，把新添加的数据做为末尾结点的后续结点
 * @param headNode
 */
private static ListNode createByTail(ListNode headNode, int n) {
  //让尾指针也指向头指针
  ListNode tailNode = headNode;
  for (int i = 1; i <= n; i++) {
    ListNode newNode = new ListNode();
    newNode.val = i;
    newNode.next = null;

    //插入到链表尾部
    tailNode.next = newNode;
    //指向新的尾节点，tailer永远存储最后一个节点的地址
    tailNode = newNode;

  }
  return headNode;
}复制代码

和头插入不一样的是，咱们须要声明一个尾指针来辅助咱们实现，最开始，尾指针指向头指针，每插入一个元素，尾指针就后移一下，这里咱们来说一下原理：每次往末尾新加一个节点，咱们就须要把原来的链接断开，那怎么断开呢，咱们首先须要让尾指针指向新的节点，也就是 tailNode.next = newNode; 而后再让尾指针后移一个位置，让尾指针指向最后一个节点。也就是尾指针始终指向最后一个节点，最后将头指针返回，输出最后结果：

4、单链表的删除

既然单链表建立好了，怎么在链表里面删除元素呢，单链表的删除，我分为了两种状况删除，分别是删除第i个节点和删除指定元素的节点。

一、删除第i个节点

咱们能够先来理一下思路：在单链表里，节点与节点之间都是经过指针域连接起来的，因此若是咱们想实现删除的操做，其实是须要咱们去改变相应指针域对应得地址的。当想去删除第i个元素的时候，好比要删除上图的第3个元素（也就是3），实际上咱们要作的就是要让2号元素指向4号元素（其实就是须要修改2号元素的指针域，让2号元素的指针域存储4号元素）。那么怎么作才能实现这一步呢？很显然，要实现这个步骤，咱们必需要找到4号元素和2号元素，可是再仔细想一下，其实咱们只须要找到2号元素就能够了，由于4号元素的地址存储再2号的下一个元素的指针域里面。

因此综上所述分析咱们能够得出删除的两个核心步骤：

1.删除第i个节点，须要先找到第 i-1 个个节点，也就是第i个节点的前一个节点；

2.而后让第 i-1 个节点指向第 i-1 个节点的下下个节点

下面的代码具体实现了怎么删除第i个元素。

/**
 * 删除第i个节点
 * 1,2 4,4,5
 * 删除以后应该是1,2,4,5
 * @param headNode
 * @param index
 * @return
 */
public static ListNode deleteNodeByIndex(ListNode headNode, int index) {
  int count = 1;
  //将引用给它
  ListNode preNode = headNode;
  //看计数器是否是到了i-1，若是到了i-1,就找到了第i-1个节点
  while (preNode.next != null && count <= index -1){
    //寻找要删除的当前节点的前一个节点
    count++;
    preNode = preNode.next;
  }
  if (preNode != null){
    preNode.next = preNode.next.next;
  }
  return headNode;
}复制代码

二、删除指定元素的那个节点

删除指定元素节点的实现方法有两种，第一种就是先找到指定元素对应的链表的位置（ index ），而后再按照删除第 i 个节点的思路删除便可。实现方法以下图所示：

/**
 * 删除链表指定数值的节点
 * @param headNode
 * @param val
 * @return
 */
private static ListNode deleteNodeByNum(ListNode headNode, int val) {
  ListNode deleteOne = headNode;
  int countByDeleteOne = 1;
  while (deleteOne.next != null){
    if (deleteOne.next.val == val){
      deleteOne = deleteOne.next;
      break;
    }
    countByDeleteOne ++;
    deleteOne = deleteOne.next;
  }
  return deleteNodeByIndex(headNode, countByDeleteOne);
}复制代码

第二种方法的实现就很精妙（前提是此节点不是尾节点）

public void deleteNode(ListNode node) {
  //删除node即经过将后面的值赋给node，而后更改node的指针指向下下一个结点便可
  node.val = node.next.val;
  node.next = node.next.next;
}复制代码

5、单链表的查询（及修改）

单链表的查询实现很简单，就是遍历当前单链表，而后用一个计数器累加到当前下标，那么当前的这个节点就是要查询的那个节点，而后再返回便可，固然须要判断传过来的这个下标是否合法。固然若是须要修改，就须要把当前找到的节点的数据域从新赋上须要修改的值便可，这里就不上代码了。具体实现以下：

private static ListNode searchLinkedList(ListNode headNode, int index) {
  //若是下标是不合法的下标就表示找不到
  if (index < 1 || index > getLinkedListLength(headNode)){
      return null;
  }
  for (int i = 0; i < index; i++) {
    headNode = headNode.next;
  }
  return headNode;
}复制代码

获取单链表的长度（注意我这里定义的 headNode 是头指针不是头节点）

/**
 * 求单链表长度
 * @param headNode
 * @return
 */
private static int getLinkedListLength(ListNode headNode) {
  int countNode = 0;
  while (headNode.next != null){
    countNode++;
    headNode = headNode.next;
  }
 return countNode;
}复制代码

6、小结

单链表的相关操做就讲解完了，其实经过上面对单链表的相关操做，咱们不难发现，单链表的删除和插入其实很方便，只须要改变指针的指向就能够完成，可是查找元素的时候就比较麻烦，由于在查找的时候，须要把整个链表从头至尾遍历一次。

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