Java实现单链表及其基本操作

news/2025/2/23 9:36:47

目录

什么是单链表？

带头结点的单链表

不带头结点的单链表

模拟实现不带头结点的单链表

定义结点类

初始化 

头插法创建单链表 

尾插法创建单链表 

打印单链表 

单链表的查找

获取单链表的长度 

按位置寻找前驱结点

单链表的插入 

 修改指定位置的值

按值寻找前驱结点 

删除第一次出现的key值

删除所有的key值 

清空单链表 

完整代码 

什么是单链表？

单链表是一种链式存取的数据结构，用一组任意的存储单元存放线性表中的数据元素。链表中的数据是以结点表示的，每个结点由元素和指针组成。

在Java中我们可以将单链表定义成一个类，将单链表的基本操作定义为类中的方法，而每个结点即为类的实例化对象，每个对象中都有“元素值”和“下一个结点地址”两个属性，通过“下一个结点地址”这个属性来实现链表的链接.

单链表分为带头结点的单链表和不带头结点的单链表.

单链表虽然不能像顺序表那样实现随机存取，但单链表可以实现在任意位置插入或删除，不需要像顺序表那样需要移动大量元素才能完成，且单链表的地址是随机的，不一定是一段连续的空间.

带头结点的单链表

带头结点的单链表结构如上，每个结点的上半部分是元素值，下半部分是下一个结点的地址.

因为该链表带头结点，头结点元素值部分不存储数据，下一个结点的地址存储链表的第一个元素，在进行访问时，head.next为单链表的第一个元素.

不带头结点的单链表

不带头结点的单链表的结构如上所示，此时head即为单链表的第一个结点. 

模拟实现不带头结点的单链表

定义结点类

class Node{
    public int value;//存储结点的值
    public Node next;//用来存储下一个结点的地址

    public Node(int value) {
        this.value = value;
    }
}

初始化 

public class SingleLinkedList {
    public Node head;//定义单链表的第一个结点，编译器自动初始化为null
    public int usedSize;//用来记录单链表的长度
}

头插法创建单链表 

假设单链表目前有四个元素，要在首位置插入一个结点，首先初始化一个结点node，其地址为0x123，需要令node.next = head如下图所示：

经过调整后的单链表为

  

具体代码如下： 

    public void addFirst(int data){
        Node node = new Node(data);
        if(this.head == null){
            this.head = node;
        } else {
            node.next = this.head;
            this.head = node;
        }
        this.usedSize++;
    }

尾插法创建单链表 

尾插法插入的原理其实与头插法类似，只是尾插法需要先找到链表中的最后一个结点，之后直接将新建结点放到链表最后面即可.首先Node cur = head，让其遍历单链表，找到最后一个结点，之后直接cur.next = node即完成了单链表的尾插法.

 

    //尾插法
    public void addLast(int data){
        Node node = new Node(data);
        if(this.head == null){
            this.head = node;
        } else {
            Node cur = this.head;
            while(cur.next != null){
                cur = cur.next;
            }
            cur.next = node;
        }
        this.usedSize++;
    }

打印单链表 

利用while语句遍历一遍单链表即可.

    //打印单链表
    public void myToString(){
        Node cur = this.head;
        while(cur != null){
            System.out.print(cur.value + " ");
            cur = cur.next;
        }
        System.out.println();
    }

单链表的查找

利用while语句遍历单链表，如果找到返回true，否则返回else.

    //查找是否包含关键字key是否在单链表当中
    public boolean contains(int key){
        Node cur = this.head;
        while(cur != null){
            if(cur.value == key){
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }

获取单链表的长度 

可以通过两种方法得到：

①直接输出usedSize；

    //得到单链表的长度
    public int length(){
        return this.usedSize;
    }

②利用while语句遍历单链表

    //得到单链表的长度
    public int length(){
        Node cur = this.head;
        int length = 0;
        while(cur != null){
            length++;
            cur = cur.next;
        }
        return length;
    }

按位置寻找前驱结点

    //寻找待插入位置的前驱结点
    public Node getIndex(int pos){
        Node cur = this.head;
        int index = 0;
        while(index != pos-1){
            cur = cur.next;
            index++;
        }
        return cur;
    }

单链表的插入 

在进行插入操作时，首先需要判断插入位置是否合法，在对特殊位置进行处理：

①如果插入位置为0，则直接利用头插法进行插入；

②如果插入位置为单链表的尾部，直接利用尾插法进行插入；

在进行正常插入时，首先需要找到待插入位置的前驱结点，之后进行插入即可.

例如要插入在第二个位置，则：

 

    //任意位置插入,第一个数据节点为0号下标
    public void insert(int pos, int data){
        if(pos < 0 || pos > this.usedSize){
            throw new RuntimeException("插入位置不合法");
        }

        if(pos == 0){
            addFirst(data);
            return;
        }

        if(pos == this.usedSize){
            addLast(data);
            return;
        }
        Node node = new Node(data);
        Node prev = getIndex(pos);
        node.next = prev.next;
        prev.next = node;
        this.usedSize++;
    }

 修改指定位置的值

利用while语句遍历找到要修改的位置，找到后利用cur.value修改即可.

    //修改指定位置的值
    public void modify(int pos, int data){
        if(head == null){
            throw new RuntimeException("链表为空，无法进行修改");
        }
        if(pos < 0 || pos > this.usedSize-1){
            throw new RuntimeException("操作位置不合法");
        }
        Node cur = this.head;
        int index = 0;
        while(index != pos){
            cur = cur.next;
            index++;
        }
        cur.value = data;
    }

按值寻找前驱结点 

    //寻找关键字key的前一个结点
    private Node getPrev(int key){
        Node prev = this.head;
        while(prev.next != null) {
            if (prev.next.value == key) {
                return prev;
            }
            prev = prev.next;
        }
        return null;
    }

删除第一次出现的key值

当要删除的key值在单链表的第一个位置时，直接head = head.next即可，如果不在第一个位置，首先需要找到该值的前驱结点，之后再进行删除操作即可.

假如待删除的key值为35，则：

 

    //删除第一次出现关键字为key的节点
    public void remove(int key){
        if(this.head == null){
            throw new RuntimeException("链表为空，无法进行操作");
        }

        if(this.head.value == key){
            //如果链表为空或第一个结点为删除的值
            this.usedSize--;
            this.head = this.head.next;
            return;
        }
        Node prev = getPrev(key);
        prev.next = prev.next.next;
        this.usedSize--;
    }

删除所有的key值 

利用循环遍历一遍单链表实现删除所有key值操作

利用定义出 prev和cur，prev存储首结点的地址

假如待删除的key值为28，则利用cur遍历一遍单链表，如果cur.value == key值，则直接利用prev.next = cur.next完成删除操作.

 

如果cur.value != key，则prev = cur; cur = cur.next; 两个都往后顺移一位，如果遇到cur.value == key这种情况，则进行第一步操作.

等到一次遍历结束后，需要再判断一下第一个结点的value值是否等于key，如果等于，则head = head.next即可.

    //删除所有值为key的节点
    public void removeAll(int key){
        if(this.head == null){
            throw new RuntimeException("单链表为空，无法进行删除");
        }
        Node prev = this.head;
        Node cur = prev.next;
        while(cur != null){
            if(cur.value == key){
                prev.next = cur.next;
                cur = cur.next;
                this.usedSize--;
            } else{
                prev = cur;
                cur = cur.next;
            }
        }
        if(this.head.value == key){
            this.head = this.head.next;
            this.usedSize--;
        }
    }

清空单链表 

直接将head结点置为null即可实现清空操作，当head结点置为null后，之后的结点对象都变成了未被引用的对象，垃圾回收器会自动回收这些未引用的对象.

    //清空单链表
    public void clear(){
        this.head = null;
    }

完整代码 

class Node{
    public int value;
    public Node next;

    public Node(int value) {
        this.value = value;
    }
}
public class SingleLinkedList {
    public Node head;//定义单链表的第一个结点，编译器自动初始化为null
    public int usedSize;//用来记录单链表的长度

    //头插法
    public void addFirst(int data){
        Node node = new Node(data);
        if(this.head == null){
            this.head = node;
        } else {
            node.next = this.head;
            this.head = node;
        }
        this.usedSize++;
    }

    //尾插法
    public void addLast(int data){
        Node node = new Node(data);
        if(this.head == null){
            this.head = node;
        } else {
            Node cur = this.head;
            while(cur.next != null){
                cur = cur.next;
            }
            cur.next = node;
        }
        this.usedSize++;
    }
    //打印单链表
    public void myToString(){
        Node cur = this.head;
        while(cur != null){
            System.out.print(cur.value + " ");
            cur = cur.next;
        }
        System.out.println();
    }
    //查找是否包含关键字key是否在单链表当中
    public boolean contains(int key){
        Node cur = this.head;
        while(cur != null){
            if(cur.value == key){
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }
    //得到单链表的长度
    public int length(){
        Node cur = this.head;
        int length = 0;
        while(cur != null){
            length++;
            cur = cur.next;
        }
        return length;
    }
    //寻找待插入位置的前驱结点
    public Node getIndex(int pos){
        Node cur = this.head;
        int index = 0;
        while(index != pos-1){
            cur = cur.next;
            index++;
        }
        return cur;
    }
    //任意位置插入,第一个数据节点为0号下标
    public void insert(int pos, int data){
        if(pos < 0 || pos > this.usedSize){
            throw new RuntimeException("插入位置不合法");
        }

        if(pos == 0){
            addFirst(data);
            return;
        }

        if(pos == this.usedSize){
            addLast(data);
            return;
        }
        Node node = new Node(data);
        Node prev = getIndex(pos);
        node.next = prev.next;
        prev.next = node;
        this.usedSize++;
    }
    //修改指定位置的值
    public void modify(int pos, int data){
        if(head == null){
            throw new RuntimeException("链表为空，无法进行修改");
        }
        if(pos < 0 || pos > this.usedSize-1){
            throw new RuntimeException("操作位置不合法");
        }
        Node cur = this.head;
        int index = 0;
        while(index != pos){
            cur = cur.next;
            index++;
        }
        cur.value = data;
    }

    //寻找关键字key的前一个结点
    private Node getPrev(int key){
        Node prev = this.head;
        while(prev.next != null) {
            if (prev.next.value == key) {
                return prev;
            }
            prev = prev.next;
        }
        return null;
    }

    //删除第一次出现关键字为key的节点
    public void remove(int key){
        if(this.head == null){
            throw new RuntimeException("链表为空，无法进行操作");
        }

        if(this.head.value == key){
            //如果链表为空或第一个结点为删除的值
            this.usedSize--;
            this.head = this.head.next;
            return;
        }
        Node prev = getPrev(key);
        prev.next = prev.next.next;
        this.usedSize--;
    }
    //删除所有值为key的节点
    public void removeAll(int key){
        if(this.head == null){
            throw new RuntimeException("单链表为空，无法进行删除");
        }
        Node prev = this.head;
        Node cur = prev.next;
        while(cur != null){
            if(cur.value == key){
                prev.next = cur.next;
                cur = cur.next;
                this.usedSize--;
            } else{
                prev = cur;
                cur = cur.next;
            }
        }
        if(this.head.value == key){
            this.head = this.head.next;
            this.usedSize--;
        }
    }
    //清空单链表
    public void clear(){
        this.head = null;
    }
}

 

 

 


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