第一節 如何用Go實現單鏈表

1、概念介紹

下面這副圖是咱們單鏈表運煤車隊。

每節運煤車就是單鏈表裏的元素，每節車箱裏的煤炭就是元素中保存的數據。先後車經過鎖鏈相連，做爲單鏈表運煤車，從1號車箱開始，每節車箱都知道後面拉着哪一節車箱，殊不知道前面是哪節車箱拉的本身。第一節車箱沒有任何車箱拉它，咱們就叫它車頭，第五節車箱後面拉其餘車箱，咱們稱爲車尾。

做爲單鏈表它最大的特色就是能隨意增長車隊的長度，也能隨意減小車隊的長度。這是比數組公交車最大的優勢。

2、Go語言實現講解

一、節點

每節車箱都由車體、繩索和煤炭構成。在Go語言中表示這種自定義組合體的類型就是結構，固然爲了通用性，咱們這裏要把車箱轉換成節點也就是元素，煤炭轉換成數據，繩索轉換成指針。

type Node struct {
    data Object
    next *Node
}

用張圖來描述這種對應關係。

這裏結構體Node表示車箱，data表示煤炭用Object類型，next是牽着下節車箱的繩索，用指針表示。

對於車箱來講，除了放煤炭外，還能放瓜果、衣物、飯菜等等，因此這裏data的類型必須通用，固然Go裏是沒有Java裏的Object類型的，因此咱們就本身定義了一個。

type Object interface{}

二、鏈表

光有車箱還不夠，咱們還要描述車箱組成的車隊。每一個單鏈表車隊都有車頭、車尾和車箱數量，咱們一樣以結構來表現。

type List struct {
    size uint64 // 車輛數量
    head *Node  // 車頭
    tail *Node  // 車尾
}

三、方法

（1）初始化

第一步就是組裝單鏈表車隊，這就是初始化。不過開始的時候車隊是個空殼，一個車箱沒有。

func (list *List) Init() {
    (*list).size = 0    // 此時鏈表是空的
    (*list).head = nil  // 沒有車頭
    (*list).tail = nil  // 沒有車尾
}

（2）添加元素

當前的單鏈表是空的，因此咱們要向裏面添加元素。

func (list *List) Append(node *Node) {
    (*list).head = node // 這是單鏈表的第一個元素，也是鏈表的頭部
    (*list).tail = node // 同時是單鏈表的尾部
    (*list).size = 1    // 單鏈表有了第一個元素
}

如今單鏈表有了第一個元素，我還想再添加一個元素，固然是添加到單鏈表尾部。

func (list *List) Append(node *Node) {
    if (*list).size == 0 { // 無元素的時候添加
        (*list).head = node // 這是單鏈表的第一個元素，也是鏈表的頭部 
        (*list).tail = node // 同時是單鏈表的尾部
        (*list).size = 1    // 單鏈表有了第一個元素
    } else { // 有元素了再添加
        oldTail := (*list).tail
        (*oldTail).next = node  // node放到尾部元素後面
        (*list).tail = node     // node成爲新的尾部
        (*list).size++          // 元素數量增長
    }
}

分析上面的代碼存在3處疑點，元芳你怎麼看？屬下認爲
第一，node若是爲空，則添加無任何意義；
第二，代碼中存在重複的地方；
這第三麼，卑職如何才能知道新增結果？
下面大衛哥順着元芳的思路改進下代碼。

func (list *List) Append(node *Node) bool {
    if node == nil {
        return false
    }
    
    (*node).next = nil
    // 將新元素放入單鏈表中
    if (*list).size == 0 { 
        (*list).head = node  
    } else { 
        oldTail := (*list).tail
        (*oldTail).next = node  
    }

    // 調整尾部位置，及鏈表元素數量
    (*list).tail = node // node成爲新的尾部  
    (*list).size++      // 元素數量增長

    return true
}

（3）插入元素

一天領導讓大衛哥把他小舅子安排到第一個，因而大衛哥爲了拍好領導馬屁。絞盡腦汁弄了一個方法。

*func (list List) Insert(node *Node) bool {

if node == nil {
    return false
}

(*node).next = (*list).head   // 領導小舅子排到以前第一名前面
(*list).head = node           // 領導小舅子成爲第一名
(*list).size++
return true

}**

來託關係插隊的人愈來愈多，領導的關係戶不能動，只能插後面人的隊了。因而大衛哥又修改了代碼，增長了位置參數。

func (list *List) Insert(i uint,node *Node) bool {
    // 空的節點、索引超出範圍和空鏈表都沒法作插入操做
    if node == nil || i > (*list).size || (*list).size == 0 {
        return false
    }

    if i == 0 { // 直接排第一，也就領導小舅子才能夠
        (*node).next = (*list).head
        (*list).head = node
    } else {
        // 找到前一個元素
        preItem := (*list).head
        for j := 1 ; j < i; j++ { // 數前面i個元素
            preItem = (*preItem).next
        }
        // 原來元素放到新元素後面,新元素放到前一個元素後面
        (*node).next = (*preItem).next
        (*preItem).next = preItem
    }

        (*list).size++ 

        return true
}

（4）刪除元素

插隊的關係戶太多，影響了正常排隊的人，被人投訴，大衛哥只好想辦法刪除一些。

func (list *List) Remove(i uint, node *Node) bool {
    if i >= (*list).size {
        return false
    }
    
    if i == 0 { // 刪除頭部
        node = (*list).head
        (*list).head = (*node).next
        if (*list).size == 1 { // 若是隻有一個元素，那尾部也要調整
            (*list).tail = nil
        }
    } else {
        preItem := (*list).head
        for j := 1; j < i; j++ {
            preItem = (*preItem).next
        }
    
        node = (*preItem).next
        (*preItem).next = (*node).next

        if i == ((*list).size - 1) { // 若刪除的尾部，尾部指針須要調整
            (*list).tail = preItem
        }
    }
    (*list).size--
    return true
}

（5）獲取

爲了獲取某個位置的元素，咱們須要一個方法。

func (list *List) Get(i uint) *Node {
    if i >= (*list).size {
        return nil
    }

    item := (*list).head
    for j := 0; j < i ; j++ {    // 從head數i個
        item = (*item).next
    }

    return item
}

到這裏基本框架已經出來了，不過還有幾個接口還沒實現，做爲課後做業。

3、小結

單鏈表就和列車相似，一個接着一個，因此本節從列車類比介紹了單鏈表的Go語言實現。在接口實現部分大衛哥以序號做爲鏈表中每一個節點的操做關鍵字。在實際應用中，咱們每每以data中的某一個字段做爲操做關鍵字。因此這也衍生出鏈表的不一樣接口，你們能夠參考大衛哥留的連接中的代碼實現做爲理解。同時有些實現將表頭獨立出來並不存放數據，這在必定程度上簡化了代碼的實現。

代碼下載

4、習題

（1）補全GetSize,RemoveAll,GetHead和GetTail的定義和實現。
（2）以data做爲參數，考慮單鏈表的實現。
（3）將單鏈表的head獨立出來，此時的head是獨立的，不存放data，以下圖，考慮單鏈表的實現，並比較這種實現。

（4）若是將head和tail都獨立出來，都不存放data，此時的單鏈表如何實現？這樣實現的代碼在插入刪除操做時候是否是更容易點？