一、鏈表的介紹
什么是鏈表
鏈表是一種物理存儲單元上非連續(xù)、非順序的存儲結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)元素的邏輯順序是通過鏈表中的指針鏈接次序?qū)崿F(xiàn)的。鏈表由一系列結(jié)點（鏈表中每一個元素稱為結(jié)點）組成，結(jié)點可以在運行時動態(tài)生成。每個結(jié)點包括兩個部分：一個是存儲數(shù)據(jù)元素的數(shù)據(jù)域，另一個是存儲下一個結(jié)點地址的指針域。 相比于線性表順序結(jié)構(gòu)，操作復(fù)雜。由于不必須按順序存儲，鏈表在插入的時候可以達(dá)到O(1)的復(fù)雜度，比另一種線性表順序表快得多，但是查找一個節(jié)點或者訪問特定編號的節(jié)點則需要O(n)的時間，而線性表和順序表相應(yīng)的時間復(fù)雜度分別是O(logn)和O(1)。
鏈表和數(shù)組的比較
使用鏈表結(jié)構(gòu)可以克服數(shù)組鏈表需要預(yù)先知道數(shù)據(jù)大小的缺點，鏈表結(jié)構(gòu)可以充分利用計算機(jī)內(nèi)存空間，實現(xiàn)靈活的內(nèi)存動態(tài)管理。但是鏈表失去了數(shù)組隨機(jī)讀取的優(yōu)點，同時鏈表由于增加了結(jié)點的指針域，空間開銷比較大。鏈表最明顯的好處就是，常規(guī)數(shù)組排列關(guān)聯(lián)項目的方式可能不同于這些數(shù)據(jù)項目在記憶體或磁盤上順序，數(shù)據(jù)的存取往往要在不同的排列順序中轉(zhuǎn)換。鏈表允許插入和移除表上任意位置上的節(jié)點，但是不允許隨機(jī)存取。
一句話就是鏈表因為內(nèi)存是動態(tài)分配的所以添加和刪除快，但是查詢速度慢
數(shù)組因為有索引所以查找快，但是添加和刪除慢，因為每次都要創(chuàng)建新的數(shù)組
二、單鏈表的實現(xiàn)
單鏈表在內(nèi)存中的情況：
單鏈表的示意圖：
每個節(jié)點包含data域和next域指向下一個節(jié)點
水滸里面的英雄好漢想必大家都聽過，下面用一個帶head節(jié)點的鏈表來實現(xiàn)對水滸英雄排名的增刪改查操作來了解單鏈表的操作。
//英雄節(jié)點
public class HeroNode {
public int no;//編號
public String name;//名字
public String nickname;//綽號
HeroNode next;//下一個節(jié)點
public HeroNode(int no, String name, String nickname) {
this.no = no;
this.name = name;
this.nickname = nickname;
}
public int getNo() {
return no;
}
public void setNo(int no) {
this.no = no;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public String getNickname() {
return nickname;
}
public void setNickname(String nickname) {
this.nickname = nickname;
}
@Override
public String toString() {
return "HeroNode{" +
"no=" + no +
", name='" + name + ''' +
", nickname='" + nickname + ''' +
'}';
}
}
//定義SingleLinkedList 管理好漢節(jié)點
class SingleLinkedList {
//先初始化一個頭節(jié)點, 頭節(jié)點不動, 不存放具體的數(shù)據(jù)
private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");
//返回頭節(jié)點
public HeroNode getHead() {
return head;
}
}
添加節(jié)點
不考慮好漢編號順序
思路分析
1.找到當(dāng)前鏈表的最后節(jié)點
2.將最后這個節(jié)點的next 指向 新的節(jié)點
public void add(HeroNode heroNode) {
//因為head節(jié)點不能動，因此我們需要一個輔助節(jié)點遍歷鏈表
HeroNode temp = head;
//遍歷鏈表，找到最后
while(true) {
//找到鏈表的最后
if(temp.next == null) {
break;
}
//如果沒有找到最后, 將將temp后移
temp = temp.next;
}
//當(dāng)退出while循環(huán)時，temp就指向了鏈表的最后
//將最后這個節(jié)點的next 指向 新的節(jié)點
temp.next = heroNode;
}
第二種方式考慮好漢編號順序，根據(jù)排名將好漢插入到指定位置(如果沒有這個排名，則添加失敗，并給出提示)
public void addByOrder(HeroNode heroNode) {
//因為頭節(jié)點不能動，因此我們?nèi)匀煌ㄟ^一個輔助指針(變量)來幫助找到添加的位置
HeroNode temp = head;
boolean flag = false; // flag標(biāo)志添加的編號是否存在，默認(rèn)為false
while(true) {
if(temp.next == null) {//說明temp已經(jīng)在鏈表的最后
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) {//說明希望添加的heroNode的編號已然存在
flag = true; //說明編號存在
break;
}
temp = temp.next; //后移，遍歷當(dāng)前鏈表
}
//判斷flag 的值
if(flag) { //不能添加，說明編號存在
System.out.printf("準(zhǔn)備插入的英雄的編號 %d 已經(jīng)存在了, 不能加入
", heroNode.no);
} else {
//插入到鏈表中, temp的后面
heroNode.next = temp.next;
temp.next = heroNode;
}
}
修改節(jié)點
根據(jù) newHeroNode 的 no 來修改
public void update(HeroNode newHeroNode) {
//判斷是否空
if(head.next == null) {
System.out.println("鏈表為空~");
return;
}
//找到需要修改的節(jié)點, 根據(jù)no編號
//定義一個輔助變量
HeroNode temp = head.next;
boolean flag = false; //表示是否找到該節(jié)點
while(true) {
if (temp == null) {
break; //已經(jīng)遍歷完鏈表
}
if(temp.no == newHeroNode.no) {
//找到
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
//根據(jù)flag 判斷是否找到要修改的節(jié)點
if(flag) {
temp.name = newHeroNode.name;
temp.nickname = newHeroNode.nickname;
} else { //沒有找到
System.out.printf("沒有找到 編號 %d 的節(jié)點，不能修改
", newHeroNode.no);
}
}
刪除節(jié)點
根據(jù) 要刪除的 no 來刪除
public void delete(int no) {
HeroNode temp = head;
boolean flag = false; // 標(biāo)志是否找到待刪除節(jié)點的
while(true) {
if(temp.next == null) { //已經(jīng)到鏈表的最后
break;
}
if(temp.next.no == no) {
//找到的待刪除節(jié)點的前一個節(jié)點temp
flag = true;
break;
}
temp = temp.next; //temp后移，遍歷
}
//判斷flag
if(flag) { //找到
//可以刪除
temp.next = temp.next.next;
}else {
System.out.printf("要刪除的 %d 節(jié)點不存在
", no);
}
}
查找節(jié)點
根據(jù) 輸入的 no 來查找
public void search(int no) {
HeroNode temp = head;
boolean flag = false; // 標(biāo)志是否找到節(jié)點
while(true) {
if(temp.next == null) { //已經(jīng)到鏈表的最后
break;
}
if(temp.no == no) {
//找到了該節(jié)點
flag = true;
break;
}
temp = temp.next; //temp后移，遍歷
}
//判斷flag
if(flag) {
//找到了該節(jié)點
System.out.printf("要查找的 %d 節(jié)點是
", temp);
}else {
System.out.printf("要查找的 %d 節(jié)點不存在
", no);
}
}
遍歷鏈表
public void list() {
//判斷鏈表是否為空
if(head.next == null) {
System.out.println("鏈表為空");
return;
}
//因為頭節(jié)點，不能動，因此我們需要一個輔助變量來遍歷
HeroNode temp = head.next;
while(true) {
//判斷是否到鏈表最后
if(temp == null) {
break;
}
//輸出節(jié)點的信息
System.out.println(temp);
//將temp后移， 一定小心
temp = temp.next;
}
}
}
測試：
public static void main(String[] args) {
//先創(chuàng)建節(jié)點
HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及時雨");
HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "盧俊義", "玉麒麟");
HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吳用", "智多星");
HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林沖", "豹子頭");
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
singleLinkedList.add(hero1);
singleLinkedList.add(hero4);
singleLinkedList.add(hero2);
singleLinkedList.add(hero3);
singleLinkedList.list();
System.out.println("刪除一個節(jié)點");
singleLinkedList.del(3);
singleLinkedList.update(new HeroNode(1,"宋江","義薄云天"));
singleLinkedList.list();
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及時雨]
HeroNode [no=4, name=林沖, nickname=豹子頭]
HeroNode [no=2, name=盧俊義, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吳用, nickname=智多星]
刪除一個節(jié)點
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=義薄云天]
HeroNode [no=4, name=林沖, nickname=豹子頭]
HeroNode [no=2, name=盧俊義, nickname=玉麒麟]
三、雙向鏈表的實現(xiàn)
雙向鏈表的介紹
雙向鏈表也叫雙鏈表，是鏈表的一種，它的每個數(shù)據(jù)結(jié)點中都有兩個指針，分別指向直接后繼和直接前驅(qū)。所以，從雙向鏈表中的任意一個結(jié)點開始，都可以很方便地訪問它的前驅(qū)結(jié)點和后繼結(jié)點。如下圖所示：
雙向鏈表的分析
單向鏈表查找的方向只有一個，而雙向鏈表可以向前或向后查找，實現(xiàn)雙向查找。
單向鏈表不能自我刪除，而雙向鏈表可以自我刪除。
我們依舊通過水滸英雄的例子來實現(xiàn)雙向鏈表的增刪改查操作。
// 定義HeroNode2 ， 每個HeroNode 對象就是一個節(jié)點
class HeroNode2 {
public int no;
public String name;
public String nickname;
public HeroNode2 next; // 指向下一個節(jié)點, 默認(rèn)為null
public HeroNode2 pre; // 指向前一個節(jié)點, 默認(rèn)為null
public HeroNode2(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 + "]";
}
}
// 創(chuàng)建一個雙向鏈表的類
class DoubleLinkedList {
// 先初始化一個頭節(jié)點, 頭節(jié)點不動, 不存放具體的數(shù)據(jù)
private HeroNode2 head = new HeroNode2(0, "", "");
// 返回頭節(jié)點
public HeroNode2 getHead() {
return head;
}
}
遍歷鏈表
// 創(chuàng)建一個雙向鏈表的類
class DoubleLinkedList {
// 先初始化一個頭節(jié)點, 頭節(jié)點不動, 不存放具體的數(shù)據(jù)
private HeroNode2 head = new HeroNode2(0, "", "");
// 返回頭節(jié)點
public HeroNode2 getHead() {
return head;
}
}
添加節(jié)點
public void add(HeroNode2 heroNode) {
// 因為head節(jié)點不能動，因此我們需要一個輔助遍歷 temp
HeroNode2 temp = head;
// 遍歷鏈表，找到最后
while (true) {
// 找到鏈表的最后
if (temp.next == null) {//
break;
}
// 如果沒有找到最后, 將將temp后移
temp = temp.next;
}
// 當(dāng)退出while循環(huán)時，temp就指向了鏈表的最后
// 形成一個雙向鏈表
temp.next = heroNode;
heroNode.pre = temp;
}
修改節(jié)點
public void update(HeroNode2 newHeroNode) {
// 判斷是否空
if (head.next == null) {
System.out.println("鏈表為空~");
return;
}
// 找到需要修改的節(jié)點, 根據(jù)no編號
// 定義一個輔助變量
HeroNode2 temp = head.next;
boolean flag = false; // 表示是否找到該節(jié)點
while (true) {
if (temp == null) {
break; // 已經(jīng)遍歷完鏈表
}
if (temp.no == newHeroNode.no) {
// 找到
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
// 根據(jù)flag 判斷是否找到要修改的節(jié)點
if (flag) {
temp.name = newHeroNode.name;
temp.nickname = newHeroNode.nickname;
} else { // 沒有找到
System.out.printf("沒有找到 編號 %d 的節(jié)點，不能修改
", newHeroNode.no);
}
}
刪除節(jié)點
// 1 對于雙向鏈表，我們可以直接找到要刪除的這個節(jié)點
// 2 找到后，自我刪除即可
public void del(int no) {
// 判斷當(dāng)前鏈表是否為空
if (head.next == null) {// 空鏈表
System.out.println("鏈表為空，無法刪除");
return;
}
HeroNode2 temp = head.next; // 輔助變量(指針)
boolean flag = false; // 標(biāo)志是否找到待刪除節(jié)點的
while (true) {
if (temp == null) { // 已經(jīng)到鏈表的最后
break;
}
if (temp.no == no) {
// 找到的待刪除節(jié)點的前一個節(jié)點temp
flag = true;
break;
}
temp = temp.next; // temp后移，遍歷
}
// 判斷flag
if (flag) { // 找到
// 可以刪除
// temp.next = temp.next.next;[單向鏈表]
temp.pre.next = temp.next;
// 這里我們的代碼有問題?
// 如果是最后一個節(jié)點，就不需要執(zhí)行下面這句話，否則出現(xiàn)空指針
if (temp.next != null) {
temp.next.pre = temp.pre;
}
} else {
System.out.printf("要刪除的 %d 節(jié)點不存在
", no);
}
}
測試
public static void main(String[] args) {
// 測試
System.out.println("雙向鏈表的測試");
// 先創(chuàng)建節(jié)點
HeroNode2 hero1 = new HeroNode2(1, "宋江", "及時雨");
HeroNode2 hero2 = new HeroNode2(2, "盧俊義", "玉麒麟");
HeroNode2 hero3 = new HeroNode2(3, "吳用", "智多星");
HeroNode2 hero4 = new HeroNode2(4, "林沖", "豹子頭");
// 創(chuàng)建一個雙向鏈表
DoubleLinkedList doubleLinkedList = new DoubleLinkedList();
doubleLinkedList.add(hero1);
doubleLinkedList.add(hero2);
doubleLinkedList.add(hero3);
doubleLinkedList.add(hero4);
doubleLinkedList.list();
// 修改
HeroNode2 newHeroNode = new HeroNode2(4, "公孫勝", "入云龍");
doubleLinkedList.update(newHeroNode);
System.out.println("修改后的鏈表情況");
doubleLinkedList.list();
// 刪除
doubleLinkedList.del(3);
System.out.println("刪除后的鏈表情況~~");
doubleLinkedList.list();
}
雙向鏈表的測試
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及時雨]
HeroNode [no=2, name=盧俊義, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吳用, nickname=智多星]
HeroNode [no=4, name=林沖, nickname=豹子頭]
修改后的鏈表情況
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及時雨]
HeroNode [no=2, name=盧俊義, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吳用, nickname=智多星]
HeroNode [no=4, name=公孫勝, nickname=入云龍]
刪除后的鏈表情況~~
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及時雨]
HeroNode [no=2, name=盧俊義, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=4, name=公孫勝, nickname=入云龍]
四、循環(huán)鏈表的實現(xiàn)
循環(huán)鏈表介紹
循環(huán)鏈表是另一種形式的鏈?zhǔn)酱鎯Y(jié)構(gòu)。它的特點是表中最后一個結(jié)點的指針域指向頭結(jié)點，整個鏈表形成一個環(huán)。
循環(huán)鏈表實現(xiàn)
public class LoopLinkedList {
Node head;//頭結(jié)點
Node tail;//尾結(jié)點
int size;//鏈表大小
public LoopLinkedList() {
head=tail=null;
size=0;
}
//鏈表大小
public int getSize(){
return size;
}
//頭部增加節(jié)點
public void addInHead(Node node){
if(size==0){
node.setNext(node);
head=tail=node;
size++;
}else {
tail.setNext(node);
node.setNext(head);
head=node;
size++;
}
}
//尾部增加節(jié)點
public void addInTail(Node node){
if(size==0){
node.setNext(node);
head=tail=node;
size++;
}else {
tail.setNext(node);
node.setNext(head);
tail=node;
size++;
}
}
//刪除頭部節(jié)點
public void deleteHead(){
if(size>1){
//原來的head=null將會被自動回收
head=head.getNext();
tail.setNext(head);
size--;
}else if(size==1){
head=tail=null;
size--;
} else {
System.out.println("鏈表為空");
}
}
//刪除尾部節(jié)點
public void deleteTail(){
if(size>1){
Node temp=head;
//循環(huán)遍歷找到尾部節(jié)點
while (temp.getNext()!=tail){
temp=temp.getNext();
}
temp.setNext(head);
size--;
}else if(size==1){
head=tail=null;
size--;
} else {
System.out.println("鏈表為空");
}
}
//遍歷節(jié)點
public void traverse(){
if(size==0)
System.out.println("鏈表為空");
Node temp=head;
while (temp.getNext()!=head){
System.out.print(temp.getData());
System.out.print("--->");
temp=temp.getNext();
}
System.out.print(temp.getData());
System.out.print("--->");
System.out.print(head.getData());
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
LoopLinkedList list = new LoopLinkedList();
list.addInHead(new Node(1));
list.addInHead(new Node(3));
list.addInHead(new Node(4));
list.addInTail(new Node(5));
System.out.println(list.getSize());
list.traverse();
System.out.println();
list.deleteHead();
list.deleteTail();
list.traverse();
}
}
4
4--->3--->1--->5--->4
3--->1--->3
五，鏈表相關(guān)的面試題
求單鏈表中的有效節(jié)點個數(shù)
(如果是帶頭結(jié)點的鏈表，不統(tǒng)計頭節(jié)點)
/**
*
* @param head 鏈表的頭節(jié)點
* @return 返回的就是有效節(jié)點的個數(shù)
*/
public static int getLength(HeroNode head) {
if(head.next == null) { //空鏈表
return 0;
}
int length = 0;
//定義一個輔助的變量, 這里我們沒有統(tǒng)計頭節(jié)點
HeroNode cur = head.next;
while(cur != null) {
length++;
cur = cur.next; //遍歷
}
return length;
}
查找單鏈表中的倒數(shù)第k個結(jié)點
思路分析：
1.編寫一個方法，接收head節(jié)點，同時接收一個indexindex
2.表示是倒數(shù)第index個節(jié)點
3.先把鏈表從頭到尾遍歷，得到鏈表的總的長度 getLength
4.得到size 后，我們從鏈表的第一個開始遍歷 (size-index)個，就可以得到
5.如果找到了，則返回該節(jié)點，否則返回null
public static HeroNode findLastIndexNode(HeroNode head, int index) {
//判斷如果鏈表為空，返回null
if(head.next == null) {
return null;//沒有找到
}
//第一個遍歷得到鏈表的長度(節(jié)點個數(shù))
int size = getLength(head);
//第二次遍歷 size-index 位置，就是我們倒數(shù)的第K個節(jié)點
//先做一個index的校驗
if(index <=0 || index > size) {
return null;
}
//定義給輔助變量， for 循環(huán)定位到倒數(shù)的index
HeroNode cur = head.next; //3 // 3 - 1 = 2
for(int i =0; i< size - index; i++) {
cur = cur.next;
}
return cur;
}
將單鏈表反轉(zhuǎn)
如下所示：
思路分析：
代碼如下：
public static void reversetList(HeroNode head) {
//如果當(dāng)前鏈表為空，或者只有一個節(jié)點，無需反轉(zhuǎn)，直接返回
if(head.next == null || head.next.next == null) {
return ;
}
//定義一個輔助的指針(變量)，幫助我們遍歷原來的鏈表
HeroNode cur = head.next;
HeroNode next = null;// 指向當(dāng)前節(jié)點[cur]的下一個節(jié)點
HeroNode reverseHead = new HeroNode(0, "", "");
//遍歷原來的鏈表，每遍歷一個節(jié)點，就將其取出，并放在新的鏈表reverseHead 的最前端
while(cur != null) {
next = cur.next;//先暫時保存當(dāng)前節(jié)點的下一個節(jié)點，因為后面需要使用
cur.next = reverseHead.next;//將cur的下一個節(jié)點指向新的鏈表的最前端
reverseHead.next = cur; //將cur 連接到新的鏈表上
cur = next;//讓cur后移
}
//將head.next 指向 reverseHead.next , 實現(xiàn)單鏈表的反轉(zhuǎn)
head.next = reverseHead.next;
}
從尾到頭打印鏈表
方案1.先將鏈表反轉(zhuǎn)然后打印遍歷代碼如上所示
方案2.可以利用棧這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將各個節(jié)點壓入到棧中，然后利用棧的先進(jìn)后出的特點，就實現(xiàn)了逆序打印的效果
public static void reversePrint(HeroNode head) {
if(head.next == null) {
return;//空鏈表，不能打印
}
//創(chuàng)建一個棧，將各個節(jié)點壓入棧
Stack<HeroNode> stack = new Stack<HeroNode>();
HeroNode cur = head.next;
//將鏈表的所有節(jié)點壓入棧
while(cur != null) {
stack.push(cur);
cur = cur.next; //cur后移，這樣就可以壓入下一個節(jié)點
}
//將棧中的節(jié)點進(jìn)行打印,pop 出棧
while (stack.size() > 0) {
System.out.println(stack.pop()); //stack的特點是先進(jìn)后出
}
}到這里，本篇關(guān)于Java代碼實現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的鏈表結(jié)構(gòu)的文章就介紹到此結(jié)束了，想要了解更多Java實現(xiàn)其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的更多內(nèi)容，可以搜索W3Cschool以前的文章，也可以繼續(xù)關(guān)注接下來的內(nèi)容。希望大家能夠多多支持W3Cschool編程獅！
