Java链表LinkedList的基本概念、操作以及使用示例

在 Java 中，链表是一种常见的数据结构，它由一系列节点组成，每个节点包含一个数据元素和指向下一个节点的引用。Java 提供了一些内置的链表实现，最常用的是 java.util.LinkedList 类。下面将详细介绍链表的基本概念、操作以及使用示例。

链表的基本概念

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单向链表：每个节点只有一个指向下一个节点的引用。
双向链表：每个节点有两个引用，一个指向下一个节点，一个指向前一个节点。
循环链表：链表的最后一个节点指向链表的第一个节点，形成一个环。

LinkedList 类

LinkedList 是 Java 集合框架中提供的类，实现了 List 和 Deque 接口，因此它既可以作为列表使用，也可以作为双端队列使用。LinkedList 基于双向链表实现。

主要方法

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插入操作：
    boolean add(E e): 在链表末尾添加元素。
    void add(int index, E element): 在指定位置插入元素。
    void addFirst(E e): 在链表开头插入元素。
    void addLast(E e): 在链表末尾插入元素。

移除操作：
    E remove(): 移除并返回链表的第一个元素。
    E remove(int index): 移除并返回指定位置的元素。
    boolean remove(Object o): 移除指定元素的第一次出现。
    E removeFirst(): 移除并返回链表的第一个元素。
    E removeLast(): 移除并返回链表的最后一个元素。

访问操作：
    E get(int index): 返回指定位置的元素。
    E getFirst(): 返回链表的第一个元素。
    E getLast(): 返回链表的最后一个元素。

其他操作：
    boolean contains(Object o): 判断链表是否包含指定元素。
    int size(): 返回链表的元素数量。

使用示例

以下是一些 LinkedList 的常见用法示例：

java 复制代码

import java.util.LinkedList;

public class LinkedListExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个空的链表
        LinkedList<String> linkedList = new LinkedList<>();

        // 添加元素
        linkedList.add("Element 1");
        linkedList.add("Element 2");
        linkedList.addFirst("First Element");
        linkedList.addLast("Last Element");

        // 访问元素
        System.out.println("First element: " + linkedList.getFirst()); // First Element
        System.out.println("Last element: " + linkedList.getLast());   // Last Element
        System.out.println("Element at index 1: " + linkedList.get(1)); // Element 1

        // 移除元素
        String firstRemoved = linkedList.removeFirst();
        String lastRemoved = linkedList.removeLast();
        String removedElement = linkedList.remove(1);

        // 输出移除的元素
        System.out.println("Removed first element: " + firstRemoved); // First Element
        System.out.println("Removed last element: " + lastRemoved);   // Last Element
        System.out.println("Removed element at index 1: " + removedElement); // Element 2

        // 遍历链表
        System.out.println("Remaining elements in the linked list:");
        for (String element : linkedList) {
            System.out.println(element);
        }
    }
}

自定义链表实现

如果需要更深入地理解链表结构，可以尝试自己实现一个简单的单向链表。以下是一个简单的单向链表实现：

java 复制代码

class Node<T> {
    T data;
    Node<T> next;

    Node(T data) {
        this.data = data;
        this.next = null;
    }
}

class CustomLinkedList<T> {
    private Node<T> head;
    private int size;

    CustomLinkedList() {
        this.head = null;
        this.size = 0;
    }

    public void add(T data) {
        Node<T> newNode = new Node<>(data);
        if (head == null) {
            head = newNode;
        } else {
            Node<T> current = head;
            while (current.next != null) {
                current = current.next;
            }
            current.next = newNode;
        }
        size++;
    }

    public T remove() {
        if (head == null) {
            return null;
        }
        T data = head.data;
        head = head.next;
        size--;
        return data;
    }

    public boolean contains(T data) {
        Node<T> current = head;
        while (current != null) {
            if (current.data.equals(data)) {
                return true;
            }
            current = current.next;
        }
        return false;
    }

    public int size() {
        return size;
    }

    public void printList() {
        Node<T> current = head;
        while (current != null) {
            System.out.print(current.data + " ");
            current = current.next;
        }
        System.out.println();
    }
}

public class CustomLinkedListExample {
    public static void main(String[] args) {
        CustomLinkedList<Integer> list = new CustomLinkedList<>();
        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);
        list.printList(); // 1 2 3

        System.out.println("List contains 2: " + list.contains(2)); // true

        list.remove();
        list.printList(); // 2 3

        System.out.println("List size: " + list.size()); // 2
    }
}

总结

LinkedList 是 Java 中一种非常灵活且易用的链表实现，适用于频繁插入和删除操作的场景。除了了解 LinkedList 的使用方法，理解链表的基本原理和自己动手实现链表也是非常有益的学习过程。根据实际需求选择合适的数据结构，可以有效提高程序的性能和可维护性。