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Java 数据结构篇-实现单链表核心API

news 来源：原创 2024/5/10 1:31:31

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文章目录

        1.0 单链表的说明

        2.0 单链表的创建

        2.1 单链表 - 头插节点

        2.2 单链表 - 遍历

        2.2.1 使用简单的 for/while 循环

        2.2.2 实现 forEach 方法

        2.2.3 实现迭代器的方法

        2.3 单链表 - 尾插节点

        2.4 单链表 - 通过索引获取数据

        2.5 单链表 - 通过索引插入数据

        2.6 单链表 - 头删节点

        2.7 单链表 - 根据节点来删除数据

         3.0 实现单链表的完整代码

        4.0 实现加 "哨兵" 的单链表 

        1.0 单链表的说明

        单链表是一种数据结构。数据结构是指数据的组织、管理和存储的方式，而单链表是一种常见的线性数据结构，用于存储一系列具有相同类型的元素。它由一系列节点组成，每个节点包含一个数据元素和一个指向下一个节点的指针。单链表可以通过指针的方式实现元素的插入、删除和查找等操作。

        2.0 单链表的创建

       把单链表封装成一个类，面向对象编程的思路。类中需要的成员变量为头节点、节点，又可以把节点封装成一个类，为更好把节点类封装起来，将其设置为静态内部类。

代码如下：

public class SingleLists{//头节点private Node hand = null;//节点private static class Node {//数据private int data;//指向下一个节点private Node next;public Node() {}}

        注意的是，这些成员都不会对外访问的，所以需要把成员变为私有成员。

        2.1 单链表 - 头插节点

       顾名思义，就是在头节点处插入新的节点，使其成为新的头节点。需要考虑两种情况，第一种情况，头节点为 null 时，直接就可以将创建出来的对象被 hand 引用了。第二种情况，头节点不为 null 时，需要将创建的对象的 next 引用指向 hand 的引用，而当前创建的对象就要被 hand 引用。

代码如下：

    //实现头插节点public void addFirst(int data) {
/*        if (hand == null){hand = new Node(data,null);}else {hand = new Node(data,hand);}*///对以上代码进行简化得以下代码：hand = new Node(data,hand);}

        需要注意的时，该 API 是对外访问。

        2.2 单链表 - 遍历

        实现遍历的方式有三种：

        第一种方式，使用简单的 for/while 循环。

        第二种方式，实现 forEach 方法。

        第三种方式，实现迭代器的方法。

        2.2.1 使用简单的 for/while 循环

        一般 hand 是不会去移动或者去改变其引用，则需要临时的变量 p 来指向 hand 的对象。循环的条件为 p != null，每一次循环结束都需要 p 去移动到下一个节点处，p = p.next 。

代码如下：

    //遍历方式：打印方式public void myPrint(){if (hand == null){throw new RuntimeException("hand is null！！！！");}//第一种：
/*        Node p = hand;//用while来实现while (p != null){System.out.println(p.data);p = p.next;}*///第二种：//用for来实现for (Node p = hand;p !=null;p = p.next){System.out.println(p.data);}}

        还需要注意，for 与 while 这两种的实现逻辑是一样的，假如 hand 的引用为空，则没必要去循环了，直接去抛出错误。

        2.2.2 实现 forEach 方法

        对于 for/while 的遍历方法直接把 “方法写死了”，forEeach 方法是对 for/while 的方法进行了升级。参数为 Consumer<Integer> 内部类，再重写 accept 方法。

代码如下：

    //遍历方式:实现forEach，由于跟以下的代码有冲突，先改名为 myForEach。public void myForEach(Consumer<Integer> consumer){for (Node p = hand; p != null;p = p.next){consumer.accept(p.data);}}

具体调用该方法的使用：

        singleLists.myForEach(new Consumer<Integer>() {@Overridepublic void accept(Integer integer) {System.out.println(integer);}});

        这样对外获取的数据可以自由支配使用，不仅仅打印输出了。

        2.2.3 实现迭代器的方法

        需要实现接口 Iterable<Integer> ，该接口支持泛型，目前先实现整数类型的单链表。重写 hasNext() 与 next() 方法。

代码如下：

    //遍历方式：使用迭代器循环@Overridepublic Iterator<Integer> iterator() {return new Iterator<Integer>() {Node p = hand;@Overridepublic boolean hasNext() {return p != null;}@Overridepublic Integer next() {int k = p.data;p = p.next;return k;}};

        重写完的 hasNext() 这个方法的作用：是判断当前 p 是否为 null ，如果是就停止遍历，结束了。反之继续遍历下去。

        重写之后的 next() 方法的作用：做了两个动作，第一个动作就是获取当前的数据；第二个动作就是将 p 移向下一个节点。

具体调用该方法的使用：

        for (Integer value:singleLists) {System.out.println(value);}

        同理，这个方式不仅仅只有打印输出了，自由支配使用。

        2.3 单链表 - 尾插节点

        找最后的节点后面插入新的节点，如果只有头节点，需要不断的遍历，直到最后一个节点。遍历的条件为 p.next != null，跟以上的条件需要区别开来，这里需要得到最后的节点，可不能 p !=null 一直下去，这样就会找不到最后的节点。

代码如下：

    //尾插节点public void addLast(int data) {if (hand == null) {addFirst(data);return;}Node p = hand;while (p.next != null){p = p.next;}p.next = new Node(data,null);}

        需要注意的是，单独分开当 hand 为 null 时，因为 hand.next == null 了，但是对于hand 为 null 时也可以插入节点呀，所以 当 hand 为 null 时，可以调用头插节点的方法。

        2.4 单链表 - 通过索引获取数据

        单链表是不连续的，不用直接通过索引来访问节点去读取数据，因此，先独立设置一个方法，需设置一个 i 记数点，每一个遍历完 i++ ,直到 i == index 时，先返回该节点。再独立另一个方法，通过该节点来读取该数据。

代码如下：

    //根据索引获取某个节点private Node findNode(int index) {int i = 0;for (Node p = hand ; p != null ; p = p.next,i++){if (i == index) {return p;}}return null;}//根据索引得到对应的数据public int get(int index) {Node p = findNode(index);if (p == null){throw new RuntimeException("找不到该索引!!!");}return p.data;}

        对于找不到的节点，需要抛出异常，需要注意的是，findNode 方法是不对外访问的，需要封装起来。

        2.5 单链表 - 通过索引插入数据

        先获取插入位置的前一个 prev 节点，然后 prev.next 去指向插入的节点的对象，插入节点的 next 去引用原先 prev.next 的对象。

代码如下：

    //根据索引插入数据public void insert(int index , int data){if (index == 0){addFirst(data);}Node prev = findNode(index - 1);if (prev == null){throw new RuntimeException("index is illegal");}prev.next =  new Node(data,prev.next);}

         需要注意的是，先判断插入点是否为头节点，如果是头节点，则调用头插的方法。再去判断其他情况通过 findNode() 方法是否得到 null，如果是，需要抛出异常。

        2.6 单链表 - 头删节点

        顾名思义直接删除头节点，思路为： hand 这个引用需要指向 hand.next ，这就是删除了第一个节点，没用引用的对象，在 Java 中回自动回收的，不会占内存，这也就是删除了。

代码如下：

    //头删节点public void removeFirst() {if (hand == null){throw new RuntimeException("There are no nodes anymore");}hand = hand.next;}

        需要注意，删除前先判断 hand 是否为 null 。

        2.7 单链表 - 根据节点来删除数据

        先找到要删除节点的前一个 prev 节点，然后再去找到 要删除的节点 move = prev.next ，接着将 prev.next = move.next 即可。

代码如下：

    //根据索引来删除节点public void remove(int index) {if (index == 0) {removeFirst();return;}Node prev = findNode(index - 1);if (prev == null){throw new RuntimeException("There are no nodes anymore");}Node move = prev.next;if (move == null) {throw new RuntimeException("There are no nodes anymore");}prev.next = move.next;}

        在删除节点的时候需要先判断 index 是否为 0，如果是，则调用头删的方法，再通过 findNode() 方法来找到删除节点的前一个节点，如果得到的节点为 null，则需要抛出异常，同样的如果得到的需要删除的节点为 null ，则需要抛出异常。

 

         3.0 实现单链表的完整代码


import java.util.Iterator;
import java.util.function.Consumer;//整体
public class SingleLists implements Iterable<Integer>{//头节点private Node hand = null;//节点private static class Node {//数据private int data;//指向下一个节点private Node next;public Node() {}public Node(int data, Node next) {this.data = data;this.next = next;}}//实现头插节点public void addFirst(int data) {
/*        if (hand == null){hand = new Node(data,null);}else {hand = new Node(data,hand);}*///对以上代码进行简化得以下代码：hand = new Node(data,hand);}//遍历方式：打印方式public void myPrint(){if (hand == null){throw new RuntimeException("hand is null！！！！");}//第一种：
/*        Node p = hand;//用while来实现while (p != null){System.out.println(p.data);p = p.next;}*///第二种：//用for来实现for (Node p = hand;p !=null;p = p.next){System.out.println(p.data);}}//遍历方式:实现forEach，由于跟以下的代码有冲突，先改名为 myForEach。public void myForEach(Consumer<Integer> consumer){for (Node p = hand; p != null;p = p.next){consumer.accept(p.data);}}//遍历方式：使用迭代器循环@Overridepublic Iterator<Integer> iterator() {return new Iterator<Integer>() {Node p = hand;@Overridepublic boolean hasNext() {return p != null;}@Overridepublic Integer next() {int k = p.data;p = p.next;return k;}};}//尾插节点public void addLast(int data) {if (hand == null) {addFirst(data);return;}Node p = hand;while (p.next != null){p = p.next;}p.next = new Node(data,null);}//根据索引获取某个节点private Node findNode(int index) {int i = 0;for (Node p = hand ; p != null ; p = p.next,i++){if (i == index) {return p;}}return null;}//根据索引得到对应的数据public int get(int index) {Node p = findNode(index);if (p == null){throw new RuntimeException("找不到该索引!!!");}return p.data;}//根据索引插入数据public void insert(int index , int data){if (index == 0){addFirst(data);}Node prev = findNode(index - 1);if (prev == null){throw new RuntimeException("index is illegal");}prev.next =  new Node(data,prev.next);}//头删节点public void removeFirst() {if (hand == null){throw new RuntimeException("There are no nodes anymore");}hand = hand.next;}//根据索引来删除节点public void remove(int index) {if (index == 0) {removeFirst();return;}Node prev = findNode(index - 1);if (prev == null){throw new RuntimeException("There are no nodes anymore");}Node move = prev.next;if (move == null) {throw new RuntimeException("There are no nodes anymore");}prev.next = move.next;}}

        4.0 实现加 "哨兵" 的单链表 

        哨兵是单链表中的一个特殊节点，它不在乎存储什么数据元素，只用于标记链表的开始或结束。在单链表中，通常有一个头节点作为链表的起始位置。而哨兵节点是在头节点之前或尾节点之后的一个额外节点，用于简化链表的操作。简单来说，就是 hand 不在为 null ,始终有节点，这么一来，就会节省了考虑 hand == null 的情况发生了，写出来的代码更加简洁了。

加 "哨兵" 的代码如下：

import java.util.Iterator;
import java.util.function.Consumer;//整体
public class SingleLists implements Iterable<Integer>{//头节点private final Node hand = new Node(0,null);//节点private static class Node {//数据private int data;//指向下一个节点private Node next;public Node() {}public Node(int data, Node next) {this.data = data;this.next = next;}}//实现头插节点public void addFirst(int data) {//对以上代码进行简化得以下代码：//hand.next = new Node(data,hand.next);insert(0,data);}//遍历方式：打印方式public void myPrint(){for (Node p = hand.next;p !=null;p = p.next){System.out.println(p.data);}}//遍历方式:实现forEach，由于跟以下的代码有冲突，先改名为 myForEach。public void myForEach(Consumer<Integer> consumer){for (Node p = hand.next; p != null;p = p.next){consumer.accept(p.data);}}//遍历方式：使用迭代器循环@Overridepublic Iterator<Integer> iterator() {return new Iterator<Integer>() {Node p = hand.next;@Overridepublic boolean hasNext() {return p != null;}@Overridepublic Integer next() {int k = p.data;p = p.next;return k;}};}//尾插节点public void addLast(int data) {Node p = hand;while (p.next != null){p = p.next;}p.next = new Node(data,null);}//根据索引获取某个节点private Node findNode(int index) {int i = -1;for (Node p = hand ; p != null ; p = p.next,i++){if (i == index) {return p;}}return null;}//根据索引得到对应的数据public int get(int index) {Node p = findNode(index);if (p == null){throw new RuntimeException("找不到该索引!!!");}return p.data;}//根据索引插入数据public void insert(int index , int data){Node prev = findNode(index - 1);if (prev == null){throw new RuntimeException("index is illegal");}prev.next =  new Node(data,prev.next);}//头删节点public void removeFirst() {//hand = hand.next;remove(0);}//根据索引来删除节点public void remove(int index) {Node prev = findNode(index - 1);if (prev == null){throw new RuntimeException("There are no nodes anymore");}Node move = prev.next;if (move == null) {throw new RuntimeException("There are no nodes anymore");}prev.next = move.next;}
}

        需要注意的是，哨兵节点并不是必需的，可以根据具体的需求来决定是否使用哨兵节点。在某些情况下，如果链表的操作较为简单，不涉及插入和删除等复杂操作，可以不使用哨兵节点来简化代码。

 

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