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文章目录
1.0 单链表的说明
2.0 单链表的创建
2.1 单链表 – 头插节点
2.2 单链表 – 遍历
2.2.1使用简单的 for/while循环
2.2.2 实现 forEach 方法
2.2.3实现迭代器的方法
2.3 单链表 – 尾插节点
2.4 单链表 – 通过索引获取数据
2.5 单链表 – 通过索引插入数据
2.6 单链表 – 头删节点
2.7 单链表 – 根据节点来删除数据
3.0 实现单链表的完整代码
4.0 实现加 “哨兵” 的单链表
1.0 单链表的说明
单链表是一种数据结构。数据结构是指数据的组织、管理和存储的方式,而单链表是一种常见的线性数据结构,用于存储一系列具有相同类型的元素。它由一系列节点组成,每个节点包含一个数据元素和一个指向下一个节点的指针。单链表可以通过指针的方式实现元素的插入、删除和查找等操作。
2.0 单链表的创建
把单链表封装成一个类,面向对象编程的思路。类中需要的成员变量为头节点、节点,又可以把节点封装成一个类,为更好把节点类封装起来,将其设置为静态内部类。
代码如下:
public class SingleLists{//头节点private Node hand = null;//节点private static class Node {//数据private int data;//指向下一个节点private Node next;public Node() {}}
注意的是,这些成员都不会对外访问的,所以需要把成员变为私有成员。
2.1 单链表 – 头插节点
顾名思义,就是在头节点处插入新的节点,使其成为新的头节点。需要考虑两种情况,第一种情况,头节点为 null 时,直接就可以将创建出来的对象被 hand 引用了。第二种情况,头节点不为 null 时,需要将创建的对象的 next 引用指向 hand 的引用,而当前创建的对象就要被 hand 引用。
代码如下:
//实现头插节点public void addFirst(int data) {/*if (hand == null){hand = new Node(data,null);}else {hand = new Node(data,hand);}*///对以上代码进行简化得以下代码:hand = new Node(data,hand);}
需要注意的时,该 API 是对外访问。
2.2 单链表 – 遍历
实现遍历的方式有三种:
第一种方式,使用简单的 for/while循环。
第二种方式,实现 forEach 方法。
第三种方式,实现迭代器的方法。
2.2.1使用简单的 for/while循环
一般 hand 是不会去移动或者去改变其引用,则需要临时的变量 p 来指向 hand 的对象。循环的条件为 p != null,每一次循环结束都需要 p 去移动到下一个节点处,p = p.next 。
代码如下:
//遍历方式:打印方式public void myPrint(){if (hand == null){throw new RuntimeException("hand is null!!!!");}//第一种:/*Node p = hand;//用while来实现while (p != null){System.out.println(p.data);p = p.next;}*///第二种://用for来实现for (Node p = hand;p !=null;p = p.next){System.out.println(p.data);}}
还需要注意,for 与 while 这两种的实现逻辑是一样的,假如 hand 的引用为空,则没必要去循环了,直接去抛出错误。
2.2.2 实现 forEach 方法
对于 for/while 的遍历方法直接把 “方法写死了”,forEeach 方法是对for/while 的方法进行了升级。参数为Consumer 内部类,再重写 accept 方法。
代码如下:
//遍历方式:实现forEach,由于跟以下的代码有冲突,先改名为 myForEach。public void myForEach(Consumer consumer){for (Node p = hand; p != null;p = p.next){consumer.accept(p.data);}}
具体调用该方法的使用:
singleLists.myForEach(new Consumer() {@Overridepublic void accept(Integer integer) {System.out.println(integer);}});
这样对外获取的数据可以自由支配使用,不仅仅打印输出了。
2.2.3实现迭代器的方法
需要实现接口Iterable ,该接口支持泛型,目前先实现整数类型的单链表。重写 hasNext() 与 next() 方法。
代码如下:
//遍历方式:使用迭代器循环@Overridepublic Iterator iterator() {return new Iterator() {Node p = hand;@Overridepublic boolean hasNext() {return p != null;}@Overridepublic Integer next() {int k = p.data;p = p.next;return k;}};
重写完的 hasNext() 这个方法的作用:是判断当前 p 是否为 null ,如果是就停止遍历,结束了。反之继续遍历下去。
重写之后的 next() 方法的作用:做了两个动作,第一个动作就是获取当前的数据;第二个动作就是将 p 移向下一个节点。
具体调用该方法的使用:
for (Integer value:singleLists) {System.out.println(value);}
同理,这个方式不仅仅只有打印输出了,自由支配使用。
2.3 单链表 – 尾插节点
找最后的节点后面插入新的节点,如果只有头节点,需要不断的遍历,直到最后一个节点。遍历的条件为 p.next != null,跟以上的条件需要区别开来,这里需要得到最后的节点,可不能 p !=null 一直下去,这样就会找不到最后的节点。
代码如下:
//尾插节点public void addLast(int data) {if (hand == null) {addFirst(data);return;}Node p = hand;while (p.next != null){p = p.next;}p.next = new Node(data,null);}
需要注意的是,单独分开当 hand 为 null 时,因为 hand.next == null 了,但是对于hand 为 null 时也可以插入节点呀,所以当 hand 为 null 时,可以调用头插节点的方法。
2.4 单链表 – 通过索引获取数据
单链表是不连续的,不用直接通过索引来访问节点去读取数据,因此,先独立设置一个方法,需设置一个 i记数点,每一个遍历完 i++ ,直到 i == index 时,先返回该节点。再独立另一个方法,通过该节点来读取该数据。
代码如下:
//根据索引获取某个节点private Node findNode(int index) {int i = 0;for (Node p = hand ; p != null ; p = p.next,i++){if (i == index) {return p;}}return null;}//根据索引得到对应的数据public int get(int index) {Node p = findNode(index);if (p == null){throw new RuntimeException("找不到该索引!!!");}return p.data;}
对于找不到的节点,需要抛出异常,需要注意的是,findNode 方法是不对外访问的,需要封装起来。
2.5 单链表 – 通过索引插入数据
先获取插入位置的前一个 prev 节点,然后 prev.next 去指向插入的节点的对象,插入节点的 next 去引用原先 prev.next 的对象。
代码如下:
//根据索引插入数据public void insert(int index , int data){if (index == 0){addFirst(data);}Node prev = findNode(index - 1);if (prev == null){throw new RuntimeException("index is illegal");}prev.next =new Node(data,prev.next);}
需要注意的是,先判断插入点是否为头节点,如果是头节点,则调用头插的方法。再去判断其他情况通过 findNode() 方法是否得到 null,如果是,需要抛出异常。
2.6 单链表 – 头删节点
顾名思义直接删除头节点,思路为: hand 这个引用需要指向 hand.next ,这就是删除了第一个节点,没用引用的对象,在 Java 中回自动回收的,不会占内存,这也就是删除了。
代码如下:
//头删节点public void removeFirst() {if (hand == null){throw new RuntimeException("There are no nodes anymore");}hand = hand.next;}
需要注意,删除前先判断 hand 是否为 null 。
2.7 单链表 – 根据节点来删除数据
先找到要删除节点的前一个 prev 节点,然后再去找到 要删除的节点 move = prev.next ,接着将 prev.next = move.next 即可。
代码如下:
//根据索引来删除节点public void remove(int index) {if (index == 0) {removeFirst();return;}Node prev = findNode(index - 1);if (prev == null){throw new RuntimeException("There are no nodes anymore");}Node move = prev.next;if (move == null) {throw new RuntimeException("There are no nodes anymore");}prev.next = move.next;}
在删除节点的时候需要先判断 index 是否为 0,如果是,则调用头删的方法,再通过 findNode() 方法来找到删除节点的前一个节点,如果得到的节点为 null,则需要抛出异常,同样的如果得到的需要删除的节点为 null ,则需要抛出异常。
3.0 实现单链表的完整代码
import java.util.Iterator;import java.util.function.Consumer;//整体public class SingleLists implements Iterable{//头节点private Node hand = null;//节点private static class Node {//数据private int data;//指向下一个节点private Node next;public Node() {}public Node(int data, Node next) {this.data = data;this.next = next;}}//实现头插节点public void addFirst(int data) {/*if (hand == null){hand = new Node(data,null);}else {hand = new Node(data,hand);}*///对以上代码进行简化得以下代码:hand = new Node(data,hand);}//遍历方式:打印方式public void myPrint(){if (hand == null){throw new RuntimeException("hand is null!!!!");}//第一种:/*Node p = hand;//用while来实现while (p != null){System.out.println(p.data);p = p.next;}*///第二种://用for来实现for (Node p = hand;p !=null;p = p.next){System.out.println(p.data);}}//遍历方式:实现forEach,由于跟以下的代码有冲突,先改名为 myForEach。public void myForEach(Consumer consumer){for (Node p = hand; p != null;p = p.next){consumer.accept(p.data);}}//遍历方式:使用迭代器循环@Overridepublic Iterator iterator() {return new Iterator() {Node p = hand;@Overridepublic boolean hasNext() {return p != null;}@Overridepublic Integer next() {int k = p.data;p = p.next;return k;}};}//尾插节点public void addLast(int data) {if (hand == null) {addFirst(data);return;}Node p = hand;while (p.next != null){p = p.next;}p.next = new Node(data,null);}//根据索引获取某个节点private Node findNode(int index) {int i = 0;for (Node p = hand ; p != null ; p = p.next,i++){if (i == index) {return p;}}return null;}//根据索引得到对应的数据public int get(int index) {Node p = findNode(index);if (p == null){throw new RuntimeException("找不到该索引!!!");}return p.data;}//根据索引插入数据public void insert(int index , int data){if (index == 0){addFirst(data);}Node prev = findNode(index - 1);if (prev == null){throw new RuntimeException("index is illegal");}prev.next =new Node(data,prev.next);}//头删节点public void removeFirst() {if (hand == null){throw new RuntimeException("There are no nodes anymore");}hand = hand.next;}//根据索引来删除节点public void remove(int index) {if (index == 0) {removeFirst();return;}Node prev = findNode(index - 1);if (prev == null){throw new RuntimeException("There are no nodes anymore");}Node move = prev.next;if (move == null) {throw new RuntimeException("There are no nodes anymore");}prev.next = move.next;}}
4.0 实现加 “哨兵” 的单链表
哨兵是单链表中的一个特殊节点,它不在乎存储什么数据元素,只用于标记链表的开始或结束。在单链表中,通常有一个头节点作为链表的起始位置。而哨兵节点是在头节点之前或尾节点之后的一个额外节点,用于简化链表的操作。简单来说,就是 hand 不在为 null ,始终有节点,这么一来,就会节省了考虑 hand == null 的情况发生了,写出来的代码更加简洁了。
加 “哨兵” 的代码如下:
import java.util.Iterator;import java.util.function.Consumer;//整体public class SingleLists implements Iterable{//头节点private final Node hand = new Node(0,null);//节点private static class Node {//数据private int data;//指向下一个节点private Node next;public Node() {}public Node(int data, Node next) {this.data = data;this.next = next;}}//实现头插节点public void addFirst(int data) {//对以上代码进行简化得以下代码://hand.next = new Node(data,hand.next);insert(0,data);}//遍历方式:打印方式public void myPrint(){for (Node p = hand.next;p !=null;p = p.next){System.out.println(p.data);}}//遍历方式:实现forEach,由于跟以下的代码有冲突,先改名为 myForEach。public void myForEach(Consumer consumer){for (Node p = hand.next; p != null;p = p.next){consumer.accept(p.data);}}//遍历方式:使用迭代器循环@Overridepublic Iterator iterator() {return new Iterator() {Node p = hand.next;@Overridepublic boolean hasNext() {return p != null;}@Overridepublic Integer next() {int k = p.data;p = p.next;return k;}};}//尾插节点public void addLast(int data) {Node p = hand;while (p.next != null){p = p.next;}p.next = new Node(data,null);}//根据索引获取某个节点private Node findNode(int index) {int i = -1;for (Node p = hand ; p != null ; p = p.next,i++){if (i == index) {return p;}}return null;}//根据索引得到对应的数据public int get(int index) {Node p = findNode(index);if (p == null){throw new RuntimeException("找不到该索引!!!");}return p.data;}//根据索引插入数据public void insert(int index , int data){Node prev = findNode(index - 1);if (prev == null){throw new RuntimeException("index is illegal");}prev.next =new Node(data,prev.next);}//头删节点public void removeFirst() {//hand = hand.next;remove(0);}//根据索引来删除节点public void remove(int index) {Node prev = findNode(index - 1);if (prev == null){throw new RuntimeException("There are no nodes anymore");}Node move = prev.next;if (move == null) {throw new RuntimeException("There are no nodes anymore");}prev.next = move.next;}}
需要注意的是,哨兵节点并不是必需的,可以根据具体的需求来决定是否使用哨兵节点。在某些情况下,如果链表的操作较为简单,不涉及插入和删除等复杂操作,可以不使用哨兵节点来简化代码。