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一、链表的定义
为了表示每个数据元素a1与其直接后继元素ai+1之间的逻辑关系，对数据元素a1来说，除了存储其本身的信息之外，还需存储一个指示其直接后继的信息。我们把存储数据元素信息的域称为数据域，把存储直接后继位置的域称为指针域。指针域存储的信息称作链。这两部分信息组成数据元素ai的存储映像，称为结点。
n个结点链结成一个链表，即为线性表的链式存储结构，因为此链表的每个结点中只包含一个指针域，所以叫做单链表。（示意图如下）
二、头结点与头指针
头结点是指链表中第一个节点，有真实头结点和虚拟头结点之分。
三、链表的实现
链表实现的也是 List 接口，在前面的学习中已经写出了 List 接口，在这里就直接对接口的方法进行实现。
首先，写一个LinkedList 的一个构造函数和一个 Node 内部类(定义指针)。
//用动态链表实现的线性表 链表
public class LinkedList<E> implements List<E> {
private Node head; //链表的头指针(虚头结点)
private Node rear; //链表的尾指针
private int size; //链表的元素个数(结点个数)
public LinkedList(){
head=new Node();
rear=head;
}
//定义一个指针类
private class Node{
E data; //数据域
Node next; //指针域
Node(){ //无参构造函数
this(null,null); //调用下面的有参构造函数
}
Node(E data,Node next){
this.data=data;
this.next=next;
}
@Override
public String toString() {
return data.toString();
}
}
}
获取长度和判空
//获取长度
@Override
public int getSize() {
return size;
}
//判空
@Override
public boolean isEmpty() {
return size==0&&head==rear; //有效个数为0 且 头指针和尾指针在同一位置
}
插入元素 (头插)(尾插)(一般插入)
头插只需要将原来头结点中的指针域给新插入元素的指针域，然后再将新结点的地址给原来头结点的指针域即可。（示意图如下）
- 以上三种插入元素的代码实现
@Override
public void add(int index, E e) {
if(index<0||index>size){
throw new IllegalArgumentException("角标越界");
}
Node n=new Node();
n.data=e;
if(isEmpty()){ //空表状态 特殊处理
head.next=n;
rear=n;
}else if(index==0){ //头插法
n.next=head.next;
head.next=n;
}else if(index==size){ //尾插法
rear.next=n;
rear=n;
}else{ //中间插
Node p=head;
for(int i=0;i<index;i++){ //从头遍历找到需要插入元素的前一个位置
p=p.next;
}
n.next=p.next; //将p的指针域给所要插入元素n的指针域
p.next=n; //再将n的地址给p的指针域
}
size++;
}
//头插
@Override
public void addFirst(E e) {
add(0,e);
}
//尾插
@Override
public void addLast(E e) {
add(size,e);
}
获取链表中的元素
@Override
public E get(int index) {
if(isEmpty()){
throw new IllegalArgumentException("空表");
}
if(index<0||index>=size){
throw new IllegalArgumentException("角标越界");
}
if(index==0){ //角标为0 就是当前头结点的数据
return head.next.data;
}else if(index==size-1){ //角标为size-1 就是当前尾结点的数据
return rear.data;
}else{
Node p=head; //创建一个p指针从头开始找
for(int i=0;i<=index;i++){
p=p.next;
}
return p.data;
}
}
//获取表头元素
@Override
public E getFirst() {
return get(0); //调用get函数
}
//获取表尾元素
@Override
public E getLast() {
return get(size-1); //调用get函数
}
修改元素
@Override
public void set(int index, E e) {
if(isEmpty()){
throw new IllegalArgumentException("空表");
}
if(index<0||index>=size){
throw new IllegalArgumentException("角标越界");
}
Node p=head; //创建一个指针p从头开始找需要修改元素的位置
for(int i=0;i<=index;i++){
p=p.next;
}
p.data=e; //更换数据
}
判断包含和找元素
//判断是否包含元素e
@Override
public boolean contains(E e) {
return find(e)!=-1; //调用下面find函数 如果能找到则一定包含
}
//找元素e
@Override
public int find(E e) {
Node p=head; //创建指针p从头开始找元素e
for(int i=0;i<size;i++){
p=p.next;
if(p.data.equals(e)){
return i; //找到则返回当前角标
}
}
return -1; //找不到返回-1
}
删除元素(头删)(尾删)(一般删除)
头删，首先要新建一个变量 ret，将所要删除的数据存入 ret，然后删除该结点，然后把所要删除的结点的指针域给头结点的指针域即可。（示意图如下）
在头删的时候，也需要考虑链表中只剩一个有效结点的情况。（示意图如下）
尾删也需要先找到为节点的前一个元素，同样先把要删除的结点的数据存入 ret，然后再删除，这里只需要把删除之后的链表的尾结点的指针域指向空即可，再把尾指针前移。（示意图如下）
一般删除也是先找到需要删除原始的前一个位置，然后将要删除的结点的数据存入 ret，然后再删除，这里只需要把所要删除的结点的指针域给前一个结点的指针域即可。（示意图如下）
- 以上三种插入元素的代码实现
@Override
public E remove(int index) {
if(isEmpty()){
throw new IllegalArgumentException("表空");
}
if(index<0||index>=size){
throw new IllegalArgumentException("角标越界");
}
E ret=null; //创建一个变量ret
if(size==1){ //只有一元素的时候
ret=rear.data; //将要删的结点的数据给变量ret
head.next=null; //将头结点的指针域指空
rear=head; //尾结点和头结点在同一位置
}else if(index==0){ //因为本代码采用虚拟头结点，所以第一个元素角标为1 头删
Node del=head.next; //创建一个新指针del指向所要删除的结点
ret=del.data;
head.next=del.next;
del.next=null; // 释放空间 free(del)
del=null;
}else if(index==size-1){ //尾删
Node p=head; //创建一个指针p从头开始找尾的前一个结点
while(true){
if(p.next!=rear){
p=p.next;
}else{
break;
}
}
ret=p.next.data;
p.next=null;
rear=p; //尾指针前移
}else{ //一般删除
Node p=head; //创建一个指针p从头开始找所要删除的结点的前一个结点
for(int i=0;i<index;i++){
p=p.next;
}
Node del=p.next; //创建一个指针del指向所要删除的结点
ret=del.data;
p.next=del.next;
del.next=null;
del=null; // 释放空间 free(del)
}
size--;
return ret;
}
//删头
@Override
public E removeFirst() {
return remove(0);
}
//删尾
@Override
public E removeLast() {
return remove(size-1);
}
删除指定元素
@Override
public void removeElement(E e) {
int index=find(e); //调用find函数先到元素e
if(index!=-1){
remove(index); //调用remove函数删除
}else{
throw new IllegalArgumentException("找不到！");
}
}
清空链表
@Override
public void clear() {
head.next=null;
rear=head;
size=0;
}
迭代器
@Override
public Iterator<E> iterator() {
return new LinkedListIterator();
}
public class LinkedListIterator implements Iterator<E>{
private Node p=head;
@Override
public boolean hasNext() {
return p.next!=null;
}
@Override
public E next() {
p=p.next;
return p.data;
}
}
自定义格式打印链表中的数据
@Override
public String toString() {
StringBuilder sb=new StringBuilder(); //创建一个对象
sb.append("LinkedList : "+size+"\n"); //调用append字符插入函数
sb.append('[');
if(isEmpty()){
sb.append(']');
}else{
Node p=head; //创建指针p从头开始遍历链表
while(true){
if(p.next!=rear){
p=p.next;
sb.append(p.data);
sb.append(',');
}else{
sb.append(rear.data);
sb.append(']');
break;
}
}
}
return sb.toString();
}