链表(一) -- 单链表与双向链表

程序员文章站 2024-02-26 17:53:34

...

1.1 什么是链表？

链表是有序的列表，但是它在内存中是存储如下

特点如下：

链表是以节点的方式来存储,是链式存储
每个节点包含 data 域， next 域：指向下一个节点.
如图：发现链表的各个节点不一定是连续存储.
链表分带头节点的链表和没有头节点的链表，根据实际的需求来确定

单链表(带头结点) 逻辑结构示意图如下
链表(一) -- 单链表与双向链表

1.2 单链表的应用实例

使用带head头的单向链表实现 –水浒英雄排行榜管理，即实现英雄排行榜的增删改查

新建排行榜节点类 HeroNode ，用于表示每个水浒英雄

// 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) {
		super();
		this.no = no;
		this.name = name;
		this.nickname = nickname;
	}

	@Override
	public String toString() {
		return "HeroNode [no=" + no + ", name=" + name + ", nickname=" + nickname + "]";
	}
}

新建 SingleLinkedList 类，表示排行榜

// 定义SingleLinkedList 管理我们的英雄
class SingleLinkedList {
	// 先初始化一个头节点，头结点不动，不存放具体的数据
	private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");
	public HeroNode getHead() {
		return head;
	}
	public void setHead(HeroNode head) {
		this.head = head;
	}
}

查：遍历单向链表
代码实现：SingleLinkedList 类中新增 list 方法

public void list() {
		// 判断链表是否为空
		if (head.next == null) {
			System.out.println("链表为空");
			return;
		}
		// 头节点不能动，借助辅助变量遍历
		HeroNode temp = head.next;
		while (true) {
			// 判断是否到链表最后
			if (temp == null) {
				break;
			}
			// 输出节点的信息
			System.out.println(temp);
			temp = temp.next;
		}
	}

增：第一种方法在添加英雄时，直接添加到链表的尾部，分析示意图如下：

代码实现：SingleLinkedList 类中新增 add 方法

// 添加节点到单向链表
	public void add(HeroNode heroNode) {
		// head节点不能动，需要构造一个辅助遍历的节点temp
		HeroNode temp = head;
		while (true) {
			if (temp.next == null) {
				break;
			}
			// 没有找到，temp后移
			temp = temp.next;
		}
		// 当退出while循环时，temp就指向了链表的最后
		// 将最后节点的next指向新的节点
		temp.next = heroNode;
	}

增：第二种方式在添加英雄时，根据排名将英雄插入到指定位置(如果有这个排名，则添加失败，并给出提示) ，分析示意图如下：

代码实现：SingleLinkedList 类中新增 addByOrder 方法

public void addByOrder(HeroNode heroNode) {
		// 借助辅助变量来找到添加的位置temp
		// temp为要添加node的前一个节点，否则插入不了
		HeroNode temp = head;
		boolean flag = false;// 用于标志添加的编号是否存在，默认为false
		while (true) {
			if (temp.next == null) { // 说明temp已经在链表的最后
				break;
			}
			if (temp.next.no > heroNode.no) { // 位置找到，就在temp的后面插入
				break;
			} else if (temp.next.no == heroNode.no) {// 要添加的heroNode的编号已经存在
				flag = true;// 编号存在
				break;
			}
			temp = temp.next;// 后移遍历当前链表
		}
		// 判断flag的值
		if (flag) {// 不能添加，说明编号已经存在
			System.out.printf("要插入的英雄编号 %d 已经存在！\n", heroNode.no);
		} else {
			// 插入链表中，temp的后面
			heroNode.next = temp.next;
			temp.next = heroNode;
		}
	}

改：通过英雄编号遍历找到该节点直接修改即可
代码实现：SingleLinkedList 类中新增 update 方法

// 修改节点的信息，根据no编号来修改，即no编号不能修改
	public void update(HeroNode newHeroNode) {
		// 判断是否为空
		if (head.next == null) {
			System.out.println("链表为空~");
			return;
		}
		HeroNode temp = head.next;
		boolean flag = false;// 表示是否找到该节点
		while (true) {
			if (temp == null) {
				break;// 已经遍历完链表
			}
			if (temp.no == newHeroNode.no) {
				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next;
		}
		// 根据flag判断是否找到要修改的节点
		if (flag) {
			temp.name = newHeroNode.name;
			temp.nickname = newHeroNode.nickname;
		} else {
			System.out.printf("没有找到编号为 %d 的节点，不能修改\n", newHeroNode.no);
		}
	}

删：删除节点 head不能动，需要一个temp辅助节点来找到待删除的节点的前一个节点，即temp.next.no与待删除节点的no比较，分析示意图如下：

代码实现：SingleLinkedList 类中新增 del方法

public void del(int no) {
		HeroNode temp = head;
		boolean flag = false;// 标志是否找到要删除的节点
		while (true) {
			if (temp.next == null) {// 已经到链表的最后
				break;
			}
			if (temp.next.no == no) {
				// 找到待删除的节点的前一个节点temp
				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next;// temp后移遍历
		}
		if (flag) {
			temp.next = temp.next.next;
		} else {
			System.out.printf("要删除的节点 %d 节点不存在", no);
		}
	}

求单链表中有效节点的个数(如果是带头结点的链表，不统计头结点)
代码实现：

public static int getLength(HeroNode head) {
		if (head.next == null) { // 空链表
			return 0;
		}
		int length = 0;
		// 定义一个辅助变量
		HeroNode cur = head.next;
		while (cur != null) {
			length++;
			cur = cur.next; // 遍历
		}
		return length;
	}

查找单链表中的倒数第 k 个结点
分析：
- 通过getLength方法先把链表从头到尾遍历，得到链表的总的长度size
- 得到size后，我们从链表的第一个开始遍历(size-index)个，就可以得到
- 如果找到了，则返回该节点，否则返回null

/**
	 * 
	 * @param head   单链表的头结点
	 * @param index  要找的倒数第index个节点
	 * @return
	 */
	public static HeroNode findLastIndexNode(HeroNode head, int index) {
		if (head.next == null) {
			return null;
		}
		int size = getLength(head);
		if (index <= 0 || index > size) {
			return null;
		}
		HeroNode cur = head.next;
		for (int i = 0; i < size - index; i++) {
			cur = cur.next;
		}
		return cur;
	}

单链表的反转，分析示意图如下：

代码实现：

public static void reverseList(HeroNode head) {
		if (head.next == null || head.next.next == null) {
			return;
		}
		HeroNode cur = head.next;// 指向当前节点
		HeroNode next = null;// 指向当前节点[cur]的下一个节点
		HeroNode reverseHead = new HeroNode(0, "", "");
		// 遍历原来的链表，每遍历出一个节点，就将其取出，并放在新的链表的reverseHead的最前端
		while (cur != null) {
			next = cur.next;
			cur.next = reverseHead.next; // cur放到新链表的最前端
			reverseHead.next = cur;
			cur = next;// cur后移
		}
		head.next = reverseHead.next;
	}

从尾到头打印单链表，分析示意图：

代码实现：

public static void reversePrint(HeroNode head) {
		if (head.next == null) {
			return;
		}
		Stack<HeroNode> stack = new Stack<HeroNode>();
		HeroNode cur = head.next;
		while (cur != null) {
			stack.push(cur);
			cur = cur.next;
		}
		while (stack.size() > 0) {
			System.out.println(stack.pop());
		}
	}

1.3 双向链表的应用实例 – 用双向链表管理水浒英雄

管理单向链表的缺点分析:

单向链表，查找的方向只能是一个方向，而双向链表可以向前或者向后查找。
单向链表不能自我删除，需要靠辅助节点，而双向链表，则可以自我删除，所以前面我们单链表删除时节点，总是找到 temp,temp 是待删除节点的前一个节点

双向链表的每个数据结点中都有两个指针，分别指向直接后继和直接前驱。所以，从双向链表中的任意一个结点开始，都可以很方便地访问它的前驱结点和后继结点。

新建排行榜节点类 DoubleHeroNode，用于表示每个水浒英雄

class DoubleHeroNode {
	public int no;
	public String name;
	public String nickname;
	public DoubleHeroNode next;// 指向下一个节点，默认为null
	public DoubleHeroNode pre; // 指向前一个节点，默认为null

	// 构造器
	public DoubleHeroNode(int no, String name, String nickname) {
		super();
		this.no = no;
		this.name = name;
		this.nickname = nickname;
	}

	@Override
	public String toString() {
		return "HeroNode [no=" + no + ", name=" + name + ", nickname=" + nickname + "]";
	}
}

新建 DoubleLinkedList类，表示排行榜

class DoubleLinkedList {

	// 先初始化一个头节点，头结点不动，不存放具体的数据
	private DoubleHeroNode head = new DoubleHeroNode(0, "", "");

	public DoubleHeroNode getHead() {
		return head;
	}

	public void setHead(DoubleHeroNode head) {
		this.head = head;
	}
}

分析了双向链表如何完成遍历，添加，修改和删除的思路，示意图：
链表(一) -- 单链表与双向链表
代码实现：

查看：DoubleLinkedList类中新增 list 方法

public void list() {
		// 判断链表是否为空
		if (head.next == null) {
			System.out.println("链表为空");
			return;
		}
		// 头节点不能动，借助辅助变量遍历
		DoubleHeroNode temp = head.next;
		while (true) {
			// 判断是否到链表最后
			if (temp == null) {
				break;
			}
			// 输出节点的信息
			System.out.println(temp);
			temp = temp.next;
		}
	}

增加节点：DoubleLinkedList类中新增 add方法

public void add(DoubleHeroNode heroNode) {
		DoubleHeroNode temp = head;
		while (true) {
			if (temp.next == null) {
				break;
			}
			temp = temp.next;
		}
		temp.next = heroNode;
		heroNode.pre = temp;
	}

修改：DoubleLinkedList类中新增 update 方法

public void update(DoubleHeroNode newHeroNode) {
		if (head.next == null) {
			System.out.println("链表为空~");
			return;
		}
		DoubleHeroNode temp = head.next;
		boolean flag = false;
		while (true) {
			if (temp == null) {
				break;
			}
			if (temp.no == newHeroNode.no) {
				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next;
		}
		// 根据flag判断是否找到要修改的节点
		if (flag) {
			temp.name = newHeroNode.name;
			temp.nickname = newHeroNode.nickname;
		} else {
			System.out.printf("没有找到编号为 %d 的节点，不能修改\n", newHeroNode.no);
		}
	}

删除：DoubleLinkedList类中新增 del方法

public void del(int no) {
		if (head.next == null) {
			System.out.println("链表为空，无法删除");
			return;
		}
		DoubleHeroNode temp = head.next;// 辅助变量直接指向要删除的节点本身
		boolean flag = false;
		while (true) {
			if (temp == null) {
				break;
			}
			if (temp.no == no) {
				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next;
		}
		if (flag) {
			temp.pre.next = temp.next;
			// 需要判断待删除的节点是否为最后一个节点
			if (temp.next != null) {
				temp.next.pre = temp.pre;
			}
		} else {
			System.out.printf("要删除的 %d 节点不存在 \n", no);
		}
	}

双向链表测试代码

public class DoubleLinkedListDemo {
	public static void main(String[] args) {
		System.out.println("双向链表的测试");
		DoubleHeroNode hero1 = new DoubleHeroNode(1, "宋江", "及时雨");
		DoubleHeroNode hero2 = new DoubleHeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
		DoubleHeroNode hero3 = new DoubleHeroNode(3, "吴用", "智多星");
		DoubleHeroNode hero4 = new DoubleHeroNode(4, "林冲", "豹子头");
		DoubleLinkedList doubleLinkedList = new DoubleLinkedList();
		doubleLinkedList.add(hero1);
		doubleLinkedList.add(hero2);
		doubleLinkedList.add(hero3);
		doubleLinkedList.add(hero4);
		// 遍历
		doubleLinkedList.list();
		// 修改
		DoubleHeroNode newHeroNode = new DoubleHeroNode(4, "公孙胜", "入云龙");
		doubleLinkedList.update(newHeroNode);
		System.out.println("修改后的链表情况为：");
		doubleLinkedList.list();
		// 删除
		doubleLinkedList.del(3);
		System.out.println("删除后的链表情况为：");
		doubleLinkedList.list();
	}
}

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