Java实现单链表

目录

一.单链表

二.单链表基本操作的实现

1.单链表类、属性的定义

2.求链表长度

3.链表是否包含值为key的节点

4.添加元素

5.删除节点

6.清空链表

三、完整代码

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一.单链表

链表是一种在物理存储结构上非连续的存储结构，数据元素的逻辑顺序通过链表中的引用链接次序实现。链表的结构多样，我们通过实现无头单向非循环链表，来进一步理解链表。

从图中可以看出，链表在逻辑上是连续的，但在物理存储结构上不一定是连续的

由于链表是单向的，可以通过前一个节点访问后一个节点，不能通过后一个节点访问前一个结点

二.单链表基本操作的实现

1.单链表类、属性的定义

要创建链表首先要有节点，我们可以将节点定义为内部类

public class MySingleList{
    static class ListNode{
        //存放当前结点的值
        private int val;
        //存放下一节点的地址
        private ListNode next;
        public ListNode(){}
        public ListNode(int val){
            this.val = val;
        }
    }
}

由于链表是通过前一个节点访问下一个节点的，因此我们需要知道链表的第一个节点，因此我们需要定义一个头节点

private ListNode head;//第一个节点

2.求链表长度

 定义变量count用以计算，遍历链表，统计链表节点个数

//求链表长度
public int size() {
    int count = 0;
    //定义节点cur，用于遍历链表
    ListNode cur = head;
    while(cur != null){
        count++;
        //指向下一节点
        cur = cur.next;
    }
    return count;
}

3.链表是否包含值为key的节点

遍历链表，判断节点的值是否等于key

public boolean contains(int key) {
    ListNode cur = head;
    while(cur != null){
        if(cur.val == key){
            return true;
        }
        cur = cur.next;
    }
    return false;
}

4.添加元素

链表添加元素的方式通常有三种，头插、尾插和在指定位置添加元素。

头插：在链表的第一个节点前插入元素

 实现头插，就是让要插入的节点node指向原本链表的头节点head，再更新链表的第一个节点，让head指向新插入的节点

//头插
public void addFirst(int data) {
    //创建新节点
    ListNode listNode = new ListNode(data);
    listNode.next = head;
    head = listNode;
}

尾插：在链表的最后插入元素

实现尾插，首先要找到链表的最后一个节点，再将最后一个节点的next更新为新节点即可

//尾插
public void addLast(int data) {
    ListNode newNode = new ListNode(data);
    //若链表为空，直接将head更新为插入节点
    if(head == null){
        head = newNode;
    }else{
        //通过遍历找到最后一个节点
        ListNode cur = head;
        while(cur.next != null){
            cur = cur.next;
        }
        cur.next = newNode;
    }
}

在指定位置添加元素

 在指定位置添加元素，首先要判断指定位置index是否合法，若index < 0 或 index > size，则不能添加元素，然后通过遍历找到节点插入的位置，由于链表为单链表，不能通过后一节点找到前一节点，因此，我们需要找到插入位置的前驱节点，然后通过前驱节点实现链表在index位置的插入

//在任意位置添加元素
public void addIndex(int index, int data) {
    //index不正确，无法添加元素
    if(index < 0 || index > size()){
        throw new RuntimeException("输入位置不正确，无法添加元素！");
    }else if(index == 0){//在0位置插入，即为头插
        addFirst(data);
    }else{
        ListNode cur = head;//用cur遍历链表，找到前驱节点
        ListNode listNode = new ListNode(data);
        int count = 0;
        while(count != index-1){
            count++;
            cur = cur.next;
        }
        //添加元素
        listNode.next = cur.next;
        cur.next = listNode;
    }
}

5.删除节点

删除第一个值为key的节点：与在指定位置添加元素相同，我们需要找到第一个值为key的节点node的前驱节点，然后才能删除值为key的节点。由于JVM会将未被任何引用指向的对象回收掉，我们只需让node的前驱节点指向node的下一节点，即可实现删除

//删除第一个值为key的节点
public boolean remove(int key) {
    ListNode cur = head;
    //链表第一个节点的值即为key，头删
    if(head.val == key){
        head = head.next;
        return true;
    }//通过遍历找到第一个值为key的节点的前驱节点
    while(cur.next != null){
        if(cur.next.val == key){//找到了，删除节点
            cur.next = cur.next.next;
            return true;
        }
        cur = cur.next;
    }
    return false;//未找到值未key的节点，返回false
}

删除所有值为key的节点：首先要找到值为key的节点node，将node的上一节点指向node的下一节点，即可删除值为key的节点，注意考虑头节点值为key的情况，要删除链表中所有值为key的节点，利用while循环即可实现。

//删除所有值为key的节点
public void removeAllKey(int key) {
    //若链表为空，则直接返回null
    if(head == null){
        return;
    }
    ListNode cur = head;
    while(cur.next != null){
        if(cur.next.val == key){
            cur.next = cur.next.next;
        }else{
            cur = cur.next;
        }
    }
    //单独考虑头节点的值是否等于val
    if(head.val == key){
        head = head.next;
    }
}

6.清空链表

由于JVM会将未被任何引用指向的对象回收掉，清空链表可以将每个节点的指向都置为null，即切断节点之间的链接，也可以直接将head置为null

将每个节点的指向都置为null

//清空链表
public void clear() {
    if(head == null){//链表本身为空
        return;
    }
    ListNode cur = head;
    while(cur != null){
        ListNode next = cur.next;//记录下一节点
        cur.next = null;
        cur = next;
    }
}

直接将head置为null

//清空链表
public void clear() {
    head = null;
}

三、完整代码

public class MySingleList {
    static class ListNode{
        //存放当前结点的值
        private int val;
        //存放下一节点的地址
        private ListNode next;
        public ListNode(){}
        public ListNode(int val){
            this.val = val;
        }
    }
    private ListNode head;//第一个节点
    //求链表长度
    public int size() {
        int count = 0;
        //定义节点cur，用于遍历链表
        ListNode cur = head;
        while(cur != null){
            count++;
            //指向下一节点
            cur = cur.next;
        }
        return count;
    }
    //链表是否包含值为key的节点
    public boolean contains(int key) {
        ListNode cur = head;
        while(cur != null){
            if(cur.val == key){
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }
    //头插
    public void addFirst(int data) {
        //创建新节点
        ListNode listNode = new ListNode(data);
        listNode.next = head;
        head = listNode;
    }
    //尾插
    public void addLast(int data) {
        ListNode newNode = new ListNode(data);
        //若链表为空，直接将head更新为插入节点
        if(head == null){
            head = newNode;
        }else{
            //通过遍历找到最后一个节点
            ListNode cur = head;
            while(cur.next != null){
                cur = cur.next;
            }
            cur.next = newNode;
        }
    }
    //在任意位置添加元素
    public void addIndex(int index, int data) {
        //index不正确，无法添加元素
        if(index < 0 || index > size()){
            throw new RuntimeException("输入位置不正确，无法添加元素！");
        }else if(index == 0){//在0位置插入，即为头插
            addFirst(data);
        }else{
            ListNode cur = head;//用cur遍历链表，找到前驱节点
            ListNode listNode = new ListNode(data);
            int count = 0;
            while(count != index-1){
                count++;
                cur = cur.next;
            }
            //添加元素
            listNode.next = cur.next;
            cur.next = listNode;
        }
    }
    //删除第一个值为key的节点
    public boolean remove(int key) {
        ListNode cur = head;
        //链表第一个节点的值即为key，头删
        if(head.val == key){
            head = head.next;
            return true;
        }//通过遍历找到第一个值为key的节点的前驱节点
        while(cur.next != null){
            if(cur.next.val == key){//找到了，删除节点
                cur.next = cur.next.next;
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;//未找到值未key的节点，返回false
    }
    //删除所有值为key的节点
    public void removeAllKey(int key) {
        //若链表为空，则直接返回null
        if(head == null){
            return;
        }
        ListNode cur = head;
        while(cur.next != null){
            if(cur.next.val == key){
                cur.next = cur.next.next;
            }else{
                cur = cur.next;
            }
        }
        //单独考虑头节点的值是否等于val
        if(head.val == key){
            head = head.next;
        }
    }
    //清空链表
    public void clear() {
        if(head == null){//链表本身为空
            return;
        }
        ListNode cur = head;
        while(cur != null){
            ListNode next = cur.next;//记录下一节点
            cur.next = null;
            cur = next;
        }
        //或直接将head置为null
        //head = null;
    }
}