Java 数据结构篇-实现单链表核心API

小扳2023-11-05 23:15

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文章目录

[1.0 单链表的说明](#1.0 单链表的说明)

[2.0 单链表的创建](#2.0 单链表的创建)

[2.1 单链表 - 头插节点](#2.1 单链表 - 头插节点)

[2.2 单链表 - 遍历](#2.2 单链表 - 遍历)

[2.2.1 使用简单的 for/while 循环](#2.2.1 使用简单的 for/while 循环)

[2.2.2 实现 forEach 方法](#2.2.2 实现 forEach 方法)

[2.2.3 实现迭代器的方法](#2.2.3 实现迭代器的方法)

[2.3 单链表 - 尾插节点](#2.3 单链表 - 尾插节点)

[2.4 单链表 - 通过索引获取数据](#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](#2.5 单链表 - 通过索引插入数据)

[2.6 单链表 - 头删节点](#2.6 单链表 - 头删节点)

[2.7 单链表 - 根据节点来删除数据](#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](#3.0 实现单链表的完整代码)

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：

java 复制代码 
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：

javascript 复制代码 
    //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：

java 复制代码 
    //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：

java 复制代码 
    //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：

java 复制代码 
        singleLists.myForEach(new Consumer<Integer>() {
            @Override
            public 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：

java 复制代码 
    //遍历方式：使用迭代器循环
    @Override
    public Iterator<Integer> iterator() {
        return new Iterator<Integer>() {
            Node p = hand;
            @Override
            public boolean hasNext() {
                return p != null;
            }

            @Override
            public 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：

java 复制代码 
        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：

java 复制代码 
    //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：

java 复制代码 
    //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：

java 复制代码 
    //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：

java 复制代码 
    //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：

java 复制代码 
    //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

java 复制代码 
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
    @Override
    public Iterator<Integer> iterator() {
        return new Iterator<Integer>() {
            Node p = hand;
            @Override
            public boolean hasNext() {
                return p != null;
            }

            @Override
            public 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;
    }


}
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