图解Java数据结构之单链表
本篇文章介绍数据结构中的单链表。
链表(Linked List)介绍
链表可分为三类：
- 单链表
- 双向链表
- 循环列表
下面具体分析三个链表的应用。
单链表
链表是有序的列表，它在内存中存储方式如下：
在这里插入图片描述
虽然链表是有序列表，但是其元素并不是连续存储的。我们从图中可以看出，a1的next域为110，而地址为110的元素为a2；a2的next域为180，而地址为180的元素为a3，以此类推。 综上所述：
- 链表是以节点的方式来存储的
- 每个节点包含data域(存储数据)，next域(指向下一个节点)
- 链表的各个节点不一定是连续存储的
对单链表的概念和特点有所了解之后，我们通过一个案例来感受一下单链表的魅力所在。 需求：使用带head头节点的单向链表实现——水浒英雄排行榜管理，完成对英雄人物的增删改查操作。
在这里插入图片描述
根据该示意图，我们可以得出创建单链表的具体过程：
- 先创建一个head头节点，不存储数据，作用就是表示单链表的头
- 后面每添加一个节点，就直接加入到链表的末尾
分析过后，我们用代码实现：
//定义SingleLinkedList 管理英雄
class SingleLinkedList {
// 初始化一个头节点 不存放具体数据
private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");
// 添加节点到单向链表
public void add(HeroNode heroNode) {
// 当不考虑编号的顺序时:
// 1、找到当前链表的最后节点
// 2、将最后这个节点的next域指向新的节点即可
// 因为head头节点不能动，因此我们需要一个辅助节点temp
HeroNode temp = head;
// 遍历链表，找到尾节点
while (true) {
// 找到链表的尾节点
if (temp.next == null) {
break;
}
// 如果不是尾节点，将temp后移
temp = temp.next;
}
// 循环结束后，temp指向的是尾节点
temp.next = heroNode;// 将next域指向新节点
}
// 显示链表
public void list() {
// 判断链表是否为空
if (head.next == null) {
System.out.println("链表为空");
return;
}
// 创建一个辅助节点
HeroNode temp = head.next;
while (true) {
// 判断是否到了链表末尾
if (temp == null) {
break;
}
// 输出节点信息
System.out.println(temp);
// 将temp后移
temp = temp.next;
}
}
}
//定义HeroNode，每个HeroNode对象就是一个节点
class HeroNode {
public int no;
public String name;
public String nickname;
public HeroNode next;// 指向下一个节点
// 构造器
public HeroNode(int no, String name, String nickname) {
this.no = no;
this.name = name;
this.nickname = nickname;
}
@Override
public String toString() {
return "HeroNode [no=" + no + ", name=" + name + ", nickname=" + nickname + "]";
}
}这样链表就编写完毕了，接下来编写测试代码：
public static void main(String[] args) {
// 创建节点
HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", " 及时雨");
HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林冲", "豹子头");
// 创建链表
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
// 加入链表
singleLinkedList.add(hero1);
singleLinkedList.add(hero2);
singleLinkedList.add(hero3);
singleLinkedList.add(hero4);
// 显示链表
singleLinkedList.list();
}运行结果：
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname= 及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickname=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickname=豹子头]现在这个程序虽然可以创建链表，但是它并不能保证元素按照编号进行排序，它只是按照添加的顺序进行创建的。 那么如何使英雄在添加进链表的时候始终按照排名添加呢？ 我们来分析一下：
- 首先要找到新添加的节点位置，通过一个辅助节点
- 让新节点的next等于辅助节点的next，因为辅助节点已经找到了要添加的位置，所以将辅助节点的next赋给新节点的next即可
- 将新节点的赋值给辅助节点的next
下面是代码实现：
//定义SingleLinkedList 管理英雄
class SingleLinkedList {
// 初始化一个头节点 不存放具体数据
private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");
// 第二种添加方式，根据排名进行添加
public void addByOrder(HeroNode heroNode) {
// 创建辅助节点帮助找到添加的位置
// 因为是单链表，因此辅助节点的位置应该是添加位置的前一个节点
HeroNode temp = head;
boolean flag = false;// 标识英雄的编号是否存在
while (true) {
if (temp.next == null) {
// 此时temp已经在链表末尾
break;
}
if (temp.next.no > heroNode.no) {
// 位置找到，就在temp的后面
break;
} else if (temp.next.no == heroNode.no) {
// 编号已存在
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;// 将temp后移
}
// 循环结束后，判断flag
if (flag) {
// 编号存在，不能添加
System.out.println("准备插入的英雄编号" + heroNode.no + "重复，不能加入");
} else {
// 插入到链表中
heroNode.next = temp.next;
temp.next = heroNode;
}
}
// 显示链表
public void list() {
// 判断链表是否为空
if (head.next == null) {
System.out.println("链表为空");
return;
}
// 创建一个辅助节点
HeroNode temp = head.next;
while (true) {
// 判断是否到了链表末尾
if (temp == null) {
break;
}
// 输出节点信息
System.out.println(temp);
// 将temp后移
temp = temp.next;
}
}
}编写测试代码：
public static void main(String[] args) {
// 创建节点
HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", " 及时雨");
HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林冲", "豹子头");
// 创建链表
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
// 加入链表
singleLinkedList.addByOrder(hero1);
singleLinkedList.addByOrder(hero3);
singleLinkedList.addByOrder(hero4);
singleLinkedList.addByOrder(hero2);
// 显示链表
singleLinkedList.list();
}运行效果：
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname= 及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickname=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickname=豹子头]此时即使添加顺序不正确，在插入后链表依然将英雄排名进行了排序，这是在插入的时候就已经完成了排序。
单链表节点的修改
通过上面的分析和实践，我们已经知道如何去创建一个单链表，那么如何对单链表的节点修改呢？
// 修改节点的信息，根据no编号来修改
public void update(HeroNode newHeroNode) {
// 根据newHeroNode的编号进行修改
// 判断链表是否为空
if (head == null) {
System.out.println("链表为空");
return;
}
// 找到需要修改的节点
// 定义辅助节点
HeroNode temp = head.next;
boolean flag = false;// 表示是否找到该节点
while (true) {
if (temp == null) {
break;// 链表遍历结束
}
if (temp.no == newHeroNode.no) {
// 找到需要修改的节点
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;// 将temp后移
}
// 根据flag判断是否已经找到要修改的节点
if (flag) {
temp.name = newHeroNode.name;
temp.nickname = newHeroNode.nickname;
} else {
// 没有找到节点
System.out.println("没有找到");
}
}修改的实现相对来说就非常简单了。 下面测试一下：
public static void main(String[] args) {
// 创建节点
HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", " 及时雨");
HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林冲", "豹子头");
// 创建链表
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
singleLinkedList.addByOrder(hero1);
singleLinkedList.addByOrder(hero3);
singleLinkedList.addByOrder(hero4);
singleLinkedList.addByOrder(hero2);
//修改节点
HeroNode newHeroNode = new HeroNode(2, "小卢","~玉麒麟~");
singleLinkedList.update(newHeroNode);
// 显示链表
singleLinkedList.list();
}运行结果：
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname= 及时雨]
HeroNode [no=2, name=小卢, nickname=~玉麒麟~]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickname=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickname=豹子头]编号为2的英雄信息就被修改过来了。
单链表节点的删除
接下来是最后一个操作，删除。 首先分析一下：
- 先找到需要删除节点的前一个节点，通过一个辅助节点temp
- temp.next = temp.next.next，也就是说需要删除节点的前一个节点本来指向的是删除节点，然后我们使其指向删除节点的下一个节点，直接跳过删除节点，这样该节点也就相当于被删除了
- 被删除的节点将不会有其它引用指向，会被垃圾回收器回收
接下来是代码实现：
// 删除节点
public void delete(int no) {
// 定义辅助节点
HeroNode temp = head;
boolean flag = false;// 是否找到待删除节点的前一个节点
while (true) {
if (temp.next == null) {
// 遍历结束
break;
}
if (temp.next.no == no) {
// 找到
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;// 将temp后移
}
// 判断flag
if (flag) {
// 找到
// 可以删除
temp.next = temp.next.next;
} else {
// 未找到
System.out.println("要删除的节点不存在");
}
}测试代码：
public static void main(String[] args) {
// 创建节点
HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", " 及时雨");
HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林冲", "豹子头");
// 创建链表
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
singleLinkedList.addByOrder(hero1);
singleLinkedList.addByOrder(hero3);
singleLinkedList.addByOrder(hero4);
singleLinkedList.addByOrder(hero2);
//删除节点
singleLinkedList.delete(1);
// 显示链表
singleLinkedList.list();
}运行结果：
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickname=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickname=豹子头]宋江被成功删除。
到这里，关于单链表的增删改查操作就全部讲解结束。关于单链表操作的分析是至关重要的，如果无法分析出来，无法理解这一过程，那么你将很难写出代码实现。
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