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数据结构 模拟实现LinkedList单向不循环链表

乘风 • • IT • 阅读 109

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一、链表的简单介绍

概念：链表是一种物理存储结构不连续，逻辑上是连续的；链表类似现实中的火车，一节车厢连着一节车厢，而链表是通过链表之间的引用进行连接，构成一节一节的数据结构。如图：

二、链表的接口

代码如下：

public interface Ilist {
    //头插法
    void addFirst(int data);
    //尾插法
    void addLast(int data);
    //任意位置插入,第一个数据节点为0号下标
    void addIndex(int index,int data);
    //查找是否包含关键字key是否在单链表当中
    boolean contains(int key);
    //删除第一次出现关键字为key的节点
    void remove(int key);
    //删除所有值为key的节点
    void removeAllKey(int key);
    //得到单链表的长度
    int size();
    void clear();
    void display();
}

三、链表的方法实现

创建一个类，实现接口，重写方法，链表中的方法都在里面实现。类里面有链表类，也是内部类，有val值，next域，还有记录第一个节点的头结点，代码如下：

public class MyLinkedList implements Ilist{

    public ListNode head;

    static class ListNode{
        int val;
        ListNode next;

        public ListNode(int val) {
            this.val = val;
        }
    }
}

我们先创建一个方法，方法里面会创建几个节点，代码如下：

public void createList() {
        ListNode node1 = new ListNode(12);
        ListNode node2 = new ListNode(23);
        ListNode node3 = new ListNode(34);
        ListNode node4 = new ListNode(45);
        ListNode node5 = new ListNode(56);
        node1.next = node2;
        node2.next = node3;
        node3.next = node4;
        node4.next = node5;
        this.head = node1;
    }

调用这个方法，就会创建出含有5个节点的链表，在test类里面创建main方法，调用此方法后的结果，结果如图：

（1）display方法

此方法可以显示链表中所有元素，也就是遍历一遍链表，打印val值，代码如下：

public void display() {
        ListNode cur = head;
        while (cur != null) {
            System.out.print(cur.val + " ");
            cur = cur.next;
        }
        System.out.println();
    }

调用该方法执行结果如下：

（2）size得到单链表的长度方法

要得到链表的长度，就要遍历一遍链表，定义一个变量进行统计个数，代码如下：

public int size() {
        int count = 0;
        ListNode cur = head;
        while (cur != null) {
            count++;
            cur = cur.next;
        }
        return count;
    }

执行结果：

（3）addFirst头插方法

头插就要把要插入的节点当做头结点，要插入的元素next域指向当前头结点，再把头结点定成插入的元素。

代码：

public void addFirst(int data) {
        ListNode node = new ListNode(data);
        if(this.head == null) {
            this.head = node;
        } else {
            node.next = this.head;
            this.head = node;
        }
    }

调用此方法，多条语句后的执行结果如下：

（4）addLast尾插方法

尾插就是要在链表的尾节点后插入节点，代码如下：

public void addLast(int data) {
        ListNode node = new ListNode(data);
        if(this.head == null) {
            this.head = node;
        } else {
            ListNode cur = this.head;
            while (cur.next != null) {
                cur = cur.next;
            }
            cur.next = node;
        }
    }

执行结果如下：

（5）addIndex指定位置插入方法

我们这里规定第一个节点的位置是0，第二个节点位置为1，依次往后推，我们要指定某一位置插入节点，先要检查插入位置是否合法，不合法抛出异常；合法在指定位置插入节点，如果指定位置是0，就是头插，指定位置是节点个数的size，就是尾插；中间位置，我们要找到指定位置的前一个节点，插入节点的next域指向前一个节点的next节点，前一个节点的next域指向插入节点，代码如下：

    public void addIndex(int index, int data) {
        try {
            if(index < 0 || index > size()) {
                throw new IndexException("下标异常,下标:" + index);
            } else {
                if(index == 0) {
                    //头插
                    addFirst(data);
                    return;
                }
                if (index == size()) {
                    //尾插
                    addLast(data);
                    return;
                }
                ListNode node = new ListNode(data);
                ListNode cur = searchPrev(index);
                node.next = cur.next;
                cur.next = node;
            }
        } catch (IndexException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    //找到链表前一个的位置
    private ListNode searchPrev(int index) {
        ListNode cur = this.head;
        int count = 0;
        while (count != index - 1) {
            cur = cur.next;
            count++;
        }
        return cur;
    }

public class IndexException extends RuntimeException{
    public IndexException(String e) {
        super(e);
    }
}

（6）contains方法

查找是否包含关键字key是否在单链表当中，遍历一遍链表，有该元素就返回true，没有就返回false，代码如下：

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

（7）remove删除第一个key值节点的方法

删除一个节点，先要判断该链表为不为空，为空就退出；不为空，看要删的节点是不是头结点，是头结点就直接把头结点改成头结点的next域；要删除的节点可能在中间，就要扎到要删除节点的前一个节点，把前一个节点的next域指向要删除节点的next域就好了，代码如下：

public void remove(int key) {
        if(this.head == null) {
            //一个节点都没有，无法删除
            return;
        }
        if(this.head.val == key) {
            this.head = this.head.next;
            return;
        }
        ListNode cur = findPrev(key);
        if(cur == null) {
            System.out.println("没有要删除的点");
        } else {
            ListNode del = cur.next;
            cur.next = del.next;
        }
    }

    private ListNode findPrev(int key) {
        ListNode cur = this.head;
        while (cur.next != null) {
            if(cur.next.val == key) {
                break;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return cur == this.head ? null : cur;
    }

执行结果如下：

（8）removeAllKey删除所有值为key的方法

如果头结点是空的，就不用进行下面操作，直接返回。

两个节点，一个的前节点，一个是前节点的后一个节点，遍历后一个节点，判断后一个节点的val值是不是key，是key就把前一个节点的next域指向后一个节点的next域，后一个节点向后移，没有命中后一个节点==key这条件，前一个节点和后一个节点都要往后移动一步。

最后还要判断头结点的val值是否等于key值，是就要把head标记成head的next域。

代码入如下：

public void removeAllKey(int key) {
        if(this.head == null) {
            return;
        }
        ListNode prev = this.head;
        ListNode cur = this.head.next;
        while (cur != null) {
            if(cur.val == key) {
                prev.next =cur.next;
                cur = cur.next;
            } else {
                cur = cur.next;
                prev = prev.next;
            }
        }
        if(this.head.val == key) {
            this.head = this.head.next;
        }
    }

执行结果如下：

（9）clear方法

清除所有节点，有两种解决方案，第一种是直接把头结点设为空，这种方法比较暴力；第二种是把每个节点的next域设为空，同时val也要设为空，因为这里的val类型是int，所以就设置不了空了，最后再把head节点设为空，代码如下：

 public void clear() {
        ListNode cur = this.head;
        while (cur != null) {
            ListNode curNext = cur.next;
            cur.next = null;
            cur = curNext;
        }
        head = null;
    }

执行结果如下：

四、最终代码

public class MyLinkedList implements Ilist{

    public ListNode head;

    static class ListNode{
        int val;
        ListNode next;

        public ListNode(int val) {
            this.val = val;
        }
    }

    public void createList() {
        ListNode node1 = new ListNode(12);
        ListNode node2 = new ListNode(23);
        ListNode node3 = new ListNode(34);
        ListNode node4 = new ListNode(45);
        ListNode node5 = new ListNode(56);
        node1.next = node2;
        node2.next = node3;
        node3.next = node4;
        node4.next = node5;
        this.head = node1;
    }

    @Override
    public void addFirst(int data) {
        ListNode node = new ListNode(data);
        if(this.head == null) {
            this.head = node;
        } else {
            node.next = this.head;
            this.head = node;
        }
    }

    @Override
    public void addLast(int data) {
        ListNode node = new ListNode(data);
        if(this.head == null) {
            this.head = node;
        } else {
            ListNode cur = this.head;
            while (cur.next != null) {
                cur = cur.next;
            }
            cur.next = node;
        }
    }

    @Override
    public void addIndex(int index, int data) {
        try {
            if(index < 0 || index > size()) {
                throw new IndexException("下标异常,下标:" + index);
            } else {
                if(index == 0) {
                    //头插
                    addFirst(data);
                    return;
                }
                if (index == size()) {
                    //尾插
                    addLast(data);
                    return;
                }
                ListNode node = new ListNode(data);
                ListNode cur = searchPrev(index);
                node.next = cur.next;
                cur.next = node;
            }
        } catch (IndexException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    //找到链表前一个的位置
    private ListNode searchPrev(int index) {
        ListNode cur = this.head;
        int count = 0;
        while (count != index - 1) {
            cur = cur.next;
            count++;
        }
        return cur;
    }

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

    @Override
    public void remove(int key) {
        if(this.head == null) {
            //一个节点都没有，无法删除
            return;
        }
        if(this.head.val == key) {
            this.head = this.head.next;
            return;
        }
        ListNode cur = findPrev(key);
        if(cur == null) {
            System.out.println("没有要删除的点");
        } else {
            ListNode del = cur.next;
            cur.next = del.next;
        }
    }

    private ListNode findPrev(int key) {
        ListNode cur = this.head;
        while (cur.next != null) {
            if(cur.next.val == key) {
                break;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return cur == this.head ? null : cur;
    }

    @Override
    public void removeAllKey(int key) {
        if(this.head == null) {
            return;
        }
        ListNode prev = this.head;
        ListNode cur = this.head.next;
        while (cur != null) {
            if(cur.val == key) {
                prev.next =cur.next;
                cur = cur.next;
            } else {
                cur = cur.next;
                prev = prev.next;
            }
        }
        if(this.head.val == key) {
            this.head = this.head.next;
        }
    }

    @Override
    public int size() {
        int count = 0;
        ListNode cur = head;
        while (cur != null) {
            count++;
            cur = cur.next;
        }
        return count;
    }

    @Override
    public void clear() {
        ListNode cur = this.head;
        while (cur != null) {
            ListNode curNext = cur.next;
            cur.next = null;
            cur = curNext;
        }
        head = null;
    }

    @Override
    public void display() {
        ListNode cur = head;
        while (cur != null) {
            System.out.print(cur.val + " ");
            cur = cur.next;
        }
        System.out.println();
    }
}

//自定义异常类
public class IndexException extends RuntimeException{
    public IndexException(String e) {
        super(e);
    }
}

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