線性表的鏈式存儲--單鏈表

Java之線性表的鏈式存儲——單鏈表

咱們都知道，線性表的存儲結構分爲兩種，順序存儲結構和鏈式存儲結構，線性表的分類能夠參考下圖來學習記憶。今天咱們主要來學習一下鏈式存儲結構。

1、鏈式存儲介紹

"鏈式存儲結構，地址能夠連續也能夠不連續的存儲單元存儲數據元素"——來自定義。

其實，你能夠想象這樣一個場景，你想找一我的（他的名字叫小譚）,因而你首先去問 A ， A 說他不知道，可是他說 B 可能知道，並告訴了你 B 在哪裏，因而你找到 B ，B 說他不知道，可是他說 C 可能知道，並告訴了你 C 的地址，因而你去找到 C ，C 真的知道小譚在何處。

上面場景其實能夠幫助咱們去理解鏈表，其實每個鏈表都包含多個節點，節點又包含兩個部分，一個是數據域（儲存節點含有的信息），一個是指針域（儲存下一個節點或者上一個節點的地址），而這個指針域就至關於你去問B，B知道C的地址，這個指針域就是存放的 C 的地址。

鏈表下面其實又細分了3種：單鏈表、雙向鏈表和循環鏈表。今天咱們先講單鏈表。

2、單鏈表介紹

什麼是單鏈表呢？單鏈表就是每個節點只有一個指針域的鏈表。以下圖所示，就是一個帶頭節點的單鏈表。下面咱們須要知道什麼是頭指針，頭節點和首元節點。

頭指針：指向鏈表節點的第一個節點的指針

頭節點：指在鏈表的首元節點以前附設的一個節點

首元節點：指在鏈表中存儲第一個實際數據元素的節點（好比上圖的 a1 節點）

3、單鏈表的建立

單鏈表的建立有兩種方式，分別是頭插法和尾插法。

一、頭插法

頭插法，顧名思義就是把新元素插入到頭部的位置，每次新加的元素都做爲鏈表的第一個節點。那麼頭插入法在Java中怎麼實現呢。首先咱們須要定義一個節點，以下

public class ListNode {
  public int val; //數據域
  public ListNode next;//指針域
}複製代碼

而後咱們就建立一個頭指針（不帶頭節點）

//元素個數
int n = 5;
//建立一個頭指針
ListNode headNode = new ListNode();
//頭插入法
headNode= createHead(headNode, n);複製代碼

而後建立一個私有方法去實現頭插法，這裏咱們插入5個新元素，頭插入的核心是要先斷開首元節點和頭指針的鏈接，也就是須要先將原來首元節點的地址存放到新節點的指針域裏，也就是 newNode.next = headNode.next，而後再讓頭指針指向新的節點 headNode.next = newNode，這兩步是頭插入的核心，必定要理解。

/**
 * 頭插法
 * 新的節點放在頭節點的後面，以前的就放在新節點的後面
 * @param headNode 頭指針
 * @return
 */
private static ListNode createHead(ListNode headNode, int n) {
  //插入5個新節點
  for (int i = 1; i <= n; i++) {
    ListNode newNode = new ListNode();
    newNode.val = i;
    //將以前的全部節點指向新的節點（也就是新節點指向以前的全部節點）
    newNode.next = headNode.next;
    //將頭指針指向新的節點
    headNode.next = newNode;
  }
  return headNode;
}複製代碼

最後我把鏈表打印輸出一下（其實也是單鏈表的遍歷），判斷條件就是隻有當指針域爲空的時候纔是最後一個節點。

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("該單鏈表的節點總數：" +countNode);
}複製代碼

最後的輸出結果顯然是逆序，由於沒一個新的元素都是從頭部插入的，天然第一個就是最後一個，最後一個就是第一個：

二、尾插法

尾插法，顧名思義就是把新元素插入到尾部的位置（也就是最後一個位置），每次新加的元素都做爲鏈表的第最後節點。那麼尾插法在 Java 中怎麼實現呢，這裏仍是採用不帶頭節點的實現方式，頭節點和頭指針和頭插入的實現方式同樣，這裏我就直接將如何實現：

/**
 * 尾插法
 * 找到鏈表的末尾結點，把新添加的數據做爲末尾結點的後續結點
 * @param headNode
 */
private static ListNode createByTail(ListNode headNode, int n) {
  //讓尾指針也指向頭指針
  ListNode tailNode = headNode;
  for (int i = 1; i <= n; i++) {
    ListNode newNode = new ListNode();
    newNode.val = i;
    newNode.next = null;

    //插入到鏈表尾部
    tailNode.next = newNode;
    //指向新的尾節點，tailer永遠存儲最後一個節點的地址
    tailNode = newNode;

  }
  return headNode;
}複製代碼

和頭插入不一樣的是，咱們須要聲明一個尾指針來輔助咱們實現，最開始，尾指針指向頭指針，每插入一個元素，尾指針就後移一下，這裏咱們來說一下原理：每次往末尾新加一個節點，咱們就須要把原來的鏈接斷開，那怎麼斷開呢，咱們首先須要讓尾指針指向新的節點，也就是 tailNode.next = newNode; 而後再讓尾指針後移一個位置，讓尾指針指向最後一個節點。也就是尾指針始終指向最後一個節點，最後將頭指針返回，輸出最後結果：

4、單鏈表的刪除

既然單鏈表建立好了，怎麼在鏈表裏面刪除元素呢，單鏈表的刪除，我分爲了兩種狀況刪除，分別是刪除第i個節點和刪除指定元素的節點。

一、刪除第i個節點

咱們能夠先來理一下思路：在單鏈表裏，節點與節點之間都是經過指針域連接起來的，因此若是咱們想實現刪除的操做，其實是須要咱們去改變相應指針域對應得地址的。當想去刪除第i個元素的時候，好比要刪除上圖的第3個元素（也就是3），實際上咱們要作的就是要讓2號元素指向4號元素（其實就是須要修改2號元素的指針域，讓2號元素的指針域存儲4號元素）。那麼怎麼作才能實現這一步呢？很顯然，要實現這個步驟，咱們必需要找到4號元素和2號元素，可是再仔細想一下，其實咱們只須要找到2號元素就能夠了，由於4號元素的地址存儲再2號的下一個元素的指針域裏面。

因此綜上所述分析咱們能夠得出刪除的兩個核心步驟：

1.刪除第i個節點，須要先找到第 i-1 個個節點，也就是第i個節點的前一個節點；

2.而後讓第 i-1 個節點指向第 i-1 個節點的下下個節點

下面的代碼具體實現了怎麼刪除第i個元素。

/**
 * 刪除第i個節點
 * 1,2 4,4,5
 * 刪除以後應該是1,2,4,5
 * @param headNode
 * @param index
 * @return
 */
public static ListNode deleteNodeByIndex(ListNode headNode, int index) {
  int count = 1;
  //將引用給它
  ListNode preNode = headNode;
  //看計數器是否是到了i-1，若是到了i-1,就找到了第i-1個節點
  while (preNode.next != null && count <= index -1){
    //尋找要刪除的當前節點的前一個節點
    count++;
    preNode = preNode.next;
  }
  if (preNode != null){
    preNode.next = preNode.next.next;
  }
  return headNode;
}複製代碼

二、刪除指定元素的那個節點

刪除指定元素節點的實現方法有兩種，第一種就是先找到指定元素對應的鏈表的位置（ index ），而後再按照刪除第 i 個節點的思路刪除便可。實現方法以下圖所示：

/**
 * 刪除鏈表指定數值的節點
 * @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);
}複製代碼

第二種方法的實現就很精妙（前提是此節點不是尾節點）

public void deleteNode(ListNode node) {
  //刪除node即經過將後面的值賦給node，而後更改node的指針指向下下一個結點便可
  node.val = node.next.val;
  node.next = node.next.next;
}複製代碼

5、單鏈表的查詢（及修改）

單鏈表的查詢實現很簡單，就是遍歷當前單鏈表，而後用一個計數器累加到當前下標，那麼當前的這個節點就是要查詢的那個節點，而後再返回便可，固然須要判斷傳過來的這個下標是否合法。固然若是須要修改，就須要把當前找到的節點的數據域從新賦上須要修改的值便可，這裏就不上代碼了。具體實現以下：

private static ListNode searchLinkedList(ListNode headNode, int index) {
  //若是下標是不合法的下標就表示找不到
  if (index < 1 || index > getLinkedListLength(headNode)){
      return null;
  }
  for (int i = 0; i < index; i++) {
    headNode = headNode.next;
  }
  return headNode;
}複製代碼

獲取單鏈表的長度（注意我這裏定義的 headNode 是頭指針不是頭節點）

/**
 * 求單鏈表長度
 * @param headNode
 * @return
 */
private static int getLinkedListLength(ListNode headNode) {
  int countNode = 0;
  while (headNode.next != null){
    countNode++;
    headNode = headNode.next;
  }
 return countNode;
}複製代碼

6、小結

單鏈表的相關操做就講解完了，其實經過上面對單鏈表的相關操做，咱們不難發現，單鏈表的刪除和插入其實很方便，只須要改變指針的指向就能夠完成，可是查找元素的時候就比較麻煩，由於在查找的時候，須要把整個鏈表從頭至尾遍歷一次。

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