最近在刷Leetcode时,遇到链表的题,想去测试运行结果,却发现Java中并没有单链表的实现;于是在网上搜索了如下两篇文章(参考文献),参考实现了一个简易的Java单链表:

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode() {}
 *     ListNode(int val) { this.val = val; }
 *     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
 * }
 */

 java的单链表的实现,在C语言中,链表的实现是用指针来实现的,也就是用指针来指向下一个节点的地址来实现链表。

当然,Java内部也有自己的链表--LinkedList,双向链表,优点,增加删除,用时间很短,但是因为没有索引,对索引的操作,比较麻烦,只能循环遍历;

但是每次循环的时候,都会先判断一下,这个索引位于链表的前部分还是后部分,每次都会遍历链表的一半 ,而不是全部遍历(不太理解这句话,有同学能帮解释下么???)。 
双向链表,都有一个previous和next, 链表最开始的部分都有一个fiest和last 指向第一个元素,和最后一个元素。

增加和删除的时候,只需要更改一个previous和next,就可以实现增加和删除,所以说,LinkedList对于数据的删除和增加相当的方便。 

但是我们今天不是讨论LinkedList,而是自己来实现一个单链表,包括简单的增删查改:

  • 单链表的结构
  • 单链表的基本操作
  • 虚拟头结点的使用

整个类的设计如下:

public class Linked <E>{
    
    public class Node<E>{
        private E element;
        private Node next;
        public Node() {}
        public Node(E element, Node next){
            this.element = element;
            this.next = next;
        }
        public Node(E element){
            this(element, null);
        }
    }
    
    private Node head;            //头结点
    private int size;            //链表元素个数
    //构造函数
    public Linked(){
        this.head = null;
        this.size = 0;
    }
}

那在java中没有指针的这个概念,我们应该怎么实现,怎么来表示地址,怎么指向一个地址;
我们来看一个例子:

Student stu=new Student();

那,我们知道这行代码是一个对象的实例化,那这行代码到底是什么意思呢?

我们这样理解:stu这个变量存储在栈内存中,右边的new Student()存储在堆内存中,就像这样:

 

Java没有SDK java没有指针怎么实现链表_指定位置

 

 也就是可以这样理解,左边变量的值,就是右边的地址,也就是左边的变量指向了右边的地址;

 所以在我后面写的一些代码,就可以理解成等号左边是变量,右边是地址!

 OK,现在我们来说链表,要想实现一个链表,自然少不了节点,那么一个节点应该有什么呢?

和C语言一样,应该有数据项和指向下一个节点的对象。那在C中有结构体这么一说可以来实现这样一个节点,在JAVA中呢,就是类,也就是实现出一个节点类!

单链表的结构

一种链式存取的数据结构,单链表中的数据是以结点的形式存在,每一个结点是由数据元素和下一个结点的存储的位置组成。单链表与数组相比的最大差别是:单链表的数据元素存放在内存空间的地址是不连续的,而数组的数据元素存放的地址在内存空间中是连续的,这也是为什么根据索引无法像数组那样直接就能查询到数据元素。

 

Java没有SDK java没有指针怎么实现链表_指定位置_02

 [单链表结构图] 

一、链表存储的节点(节点类的实现)

public class Node<E>{
        private E element;
        private Node next;
        public Node() {}
        public Node(E element, Node next){
            this.element = element;
            this.next = next;
        }
        public Node(E element){
            this(element, null);
        }
    }

 类中应该有一个next的对象来指向下一个节点,还要有一个element来存储数据,加了一个泛型来表示数据类型!

 在构造方法中我们应该有两个参数,一个是节点的数据,还有就是指向下一个节点的next;

有了这个节点类,我们就可以创建出一个链表类:Linked

public class Lisked<E>{}

那链表类中应该有什么成员变量呢:是不是应该有一个头结点head,这个头节点应该是Node类型,还要有一个size来记录节点的个数:

private Node head;            //头结点
    private int size;            //链表元素个数

二、获取节点的方法(链表的基本操作)

然后我们思考一个问题,是不是我们在进行指定位置添加元素,指定位置删除元素,指定位置修改元素,我们都要通过一个索引(我只是说索引,但在链表是没有索引这一个概念的,索引的概念只在数组中出现,但为了方便叙述,就不要纠正我了哈)来操作这个链表,那么我不想在每个方法中都写一遍,我就可以拿出来这么一个方法,实现通过索引查找元素的方法:

这个方法的返回值,应该就是Node类型的节点。
我们举例子来说:

Java没有SDK java没有指针怎么实现链表_Java没有SDK_03

 

 看,我们要拿到第三个节点,是不是应该就是head的下一个的下一个,那下一个在节点类中是不是就是next!

 在构造方法中我们应该有两个参数,一个是节点的数据,还有就是指向下一个节点的next;第三个元素是不是就可以写成head.next.next!这是不是就是通过索引来遍历:

来看代码:

private Node<T> node(int index){
        Node x=head;
        for(int i=0;i<index;i++) {
            x=x.next;
        }
        return x;
    }

我每次都让x=x的下一个,起到了查找的遍历方法!

三、指定位置添加元素(链表结点的增加)

现在我们有了这个node方法,我们来写一下指定位置添加元素:

public void add(int index,E element){}

函数里面应该怎么写呢,我们先考虑第一种情况,添加第一个元素,也就是index==0的情况:
我在最开始没有添加的时候,只应该有一个节点first吧:

Java没有SDK java没有指针怎么实现链表_链表_04

 

 

并且他的next应该是指向空的;

那我们现在要通过add(0,E element)添加一个节点,那我是不是就要new出来一个节点

new Node<E>(null,element)

Java没有SDK java没有指针怎么实现链表_Java没有SDK_05

 

next为空,对吧,现在两个节点出来了,我们要把他们两个连起来:

那first的next就不应该为空,而是指向这个新节点!

Java没有SDK java没有指针怎么实现链表_指定位置_06

 

 这回再想一下我文章开头说的话,实现这一步应该怎么做?

if(index==0) {
    first=new Node<E>(null,element);
}

是不是就这一行代码就可以了,等号左边是变量,右边是地址,把他写进add方法中!

然后我们在考虑index不为0的情况怎么写。

Java没有SDK java没有指针怎么实现链表_数据_07

 

 如果我们想在3这个位置添加一个节点:

Java没有SDK java没有指针怎么实现链表_链表_08

 

 我们是不是要获取到第二个和第三个这两节点,对吧,因为要在这两个节点中插入嘛,所以一定要获取这两个节点,用什么方法,node啊!

Node<E> pre=node(index-1);
            Node<E> next=pre.next;

这两个节点获取到了怎么办,我是不是应该要新new出来一个节点,然后这个new节点的next要指向3这个位置!

new Node<E>(next,element)

是不是这样(看参数!);

然后呢,再让2这个节点,指向这个new节点,是不是就完事了!

pre.next=new Node<E>(next,element);

最后一步再让size++,并且判断一下index的索引是否越界,是不是就可以了!