【LeetCode刷题日记】：设计链表全解析

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前言：前面由于忙着整理苍穹外卖，耽搁了算法的学习，进度有点慢了，下一阶段主要学习算法，再整顿一下，准备开黑马点评了，暂时先用算法过渡一下吧。

设计链表

题目背景：LeetCode707

在链表类中实现这些功能：

get(index)：获取链表中第 index 个节点的值。如果索引无效，则返回-1。

addAtHead(val)：在链表的第一个元素之前添加一个值为 val 的节点。插入后，新节点将成为链表的第一个节点。

addAtTail(val)：将值为 val 的节点追加到链表的最后一个元素。

addAtIndex(index,val)：在链表中的第 index 个节点之前添加值为 val 的节点。如果 index 等于链表的长度，则该节点将附加到链表的末尾。如果 index 大于链表长度，则不会插入节点。如果index小于0，则在头部插入节点。

deleteAtIndex(index)：如果索引 index 有效，则删除链表中的第 index 个节点。

题目答案：

java 复制代码

//单链表
class MyLinkedList {

    class ListNode {
        int val;
        ListNode next;
        ListNode(int val) {
            this.val=val;
        }
    }
    //size存储链表元素的个数
    private int size;
    //注意这里记录的是虚拟头结点
    private ListNode head;

    //初始化链表
    public MyLinkedList() {
        this.size = 0;
        this.head = new ListNode(0);
    }

    //获取第index个节点的数值，注意index是从0开始的，第0个节点就是虚拟头结点
    public int get(int index) {
        //如果index非法，返回-1
        if (index < 0 || index >= size) {
            return -1;
        }
        ListNode cur = head;
        //第0个节点是虚拟头节点，所以查找第 index+1 个节点
        for (int i = 0; i <= index; i++) {
            cur = cur.next;
        }
        return cur.val;
    }

    public void addAtHead(int val) {
        ListNode newNode = new ListNode(val);
        newNode.next = head.next;
        head.next = newNode;
        size++;

        // 在链表最前面插入一个节点，等价于在第0个元素前添加
        // addAtIndex(0, val);
    }

    
    public void addAtTail(int val) {
        ListNode newNode = new ListNode(val);
        ListNode cur = head;
        while (cur.next != null) {
            cur = cur.next;
        }
        cur.next = newNode;
        size++;

        // 在链表的最后插入一个节点，等价于在(末尾+1)个元素前添加
        // addAtIndex(size, val);
    }

    // 在第 index 个节点之前插入一个新节点，例如index为0，那么新插入的节点为链表的新头节点。
    // 如果 index 等于链表的长度，则说明是新插入的节点为链表的尾结点
    // 如果 index 大于链表的长度，则返回空
    public void addAtIndex(int index, int val) {
        if (index < 0 || index > size) {
            return;
        }

        //找到要插入节点的前驱
        ListNode pre = head;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            pre = pre.next;
        }
        ListNode newNode = new ListNode(val);
        newNode.next = pre.next;
        pre.next = newNode;
        size++;
    }

    public void deleteAtIndex(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            return;
        }
        
        //因为有虚拟头节点，所以不用对index=0的情况进行特殊处理
        ListNode pre = head;
        for (int i = 0; i < index ; i++) {
            pre = pre.next;
        }
        pre.next = pre.next.next;
        size--;
    }
}

题目分析：

这是一个链表的基础操作题，类似于在数组中的增删操作，但是链表肯定是比数组要复杂一些的，但是搞懂原理实际上也没什么太大的区别。

我们在操作这些方法时，通常要设置一个虚拟头节点，不了解的我在前面详细讲解过了，主要就是为了简化操作。

获取链表第index个节点的数值

由于链表没有数组的索引，获取链表值的时候我们不能直接查询，而是要从头开始遍历，直到查询到我们需要的节点。

在这里我们定义了虚拟头节点，那这样来说的话**，我们是从0节点开始遍历也就是我们的虚拟头节点，但是我们需要理解的是，如果题目里要查询的index=0，这里的节点是链表的真正头节点，而到我们这里用虚拟头结点的方法的话，0节点就是虚拟头节点，因此要查询题目中给的，就是虚拟头节点之后的一个节点。**

最直观的例子
复制代码
head（虚拟头） → 节点10 → 节点20 → 节点30
用户认为的index：      0      1      2
因此循环条件就需要index+1

虚拟头(内部0) → 真实节点A(题目0) → 真实节点B(题目1) → 真实节点C(题目2)

想要题目 index = 0 → 走 1 步

想要题目 index = 1 → 走 2 步

想要题目 index = 2 → 走 3 步

所以：题目要 index，我们就从虚拟头往后走 index+1 步

然后从虚拟头节点开始遍历**，最后到index+1返回我们需要查询的。**

void addAtHead(int val)

将一个值为 val 的节点插入到链表中第一个元素之前。在插入完成后，新节点会成为链表的第一个节点。

题目解析：

因为我们设置了虚拟头节点，就算我们在这里要在第一个元素之前插入一个节点，也跟正常插入操作没有区别，第一个头节点的特殊性已经被我们的虚拟头节点弱化了，所有节点平级。在执行插入操作时，我们只需要把需要把虚拟头节点的next给要插入的节点的next，然后再把新插入的节点放在虚拟头节点的后面，这样就完成插入操作，这里需要注意的是顺序问题，避免覆盖操作，因为一个节点只能记录一个位置，一般是从右往左进行操作。

先连后面，再连前面

新节点先连旧头 → 虚拟头再连新节点

void addAtTail(int val)

将一个值为 val 的节点追加到链表中作为链表的最后一个元素。

题目解析：

插入到链表的最后一个元素的后面
复制代码
head(虚拟头) → 节点1 → 节点2 → 节点3 → null
                             ↑
                       最后一个节点：节点3
节点 3 是最后一个节点

它的 next 指向 null

null 不是节点，只是标记 "后面没了"

因此我们在操作的时候，只需要找哪个节点的值等于null即可，for循环遍历，找到之后直接把cur.next给新节点，null往后移动。
复制代码
ListNode cur = head;

head → 20 → 10 → null
cur
循环：while (cur.next != null)

cur.next = 20 != null → cur = 20

cur.next = 10 != null → cur = 10

cur.next = null → 停

`void addAtIndex(int index, int val)`

将一个值为 val 的节点插入到链表中下标为 index 的节点之前。如果 index 等于链表的长度，那么该节点会被追加到链表的末尾。如果 index 比长度更大，该节点将不会插入到链表中。

题目解析：

我们先上来校验index是否合法

之后我们就开始处理一般操作，先要找到要插入节点的前驱节点，不然插不进去，会断链。

逐行代码流程演示

我们用这个链表当例子：

plaintext
复制代码
head(虚拟头) → 10 → 20 → 30 → null
size = 3
index 编号：      0    1    2
现在执行：
复制代码
addAtIndex(1, 99);
意思：在 index=1 的位置插入 99

第 1 步：判断 index 合法
复制代码
if (index < 0 || index > size) {
    return;
}
index=1，在 0~3 之间 ✅ 合法

第 2 步：找 前驱节点
复制代码
ListNode pre = head;
for (int i = 0; i < index; i++) {
    pre = pre.next;
}
我们要插 index=1，所以循环 跑 1 次

流程：

开始 pre = head

i=0 → pre = pre.next → pre 指向 10

✅ 前驱找到了：10

第 3 步：创建新节点
复制代码
ListNode newNode = new ListNode(99);
第 4 步：插入（和头插法一样）

第一步：新节点先连后面
复制代码
newNode.next = pre.next;
pre.next 是 20所以：

plaintext
复制代码
99 → 20
第二步：前驱再连新节点
复制代码
pre.next = newNode;
plaintext
复制代码
10 → 99
最终链表变成

plaintext
复制代码
head → 10 → 99 → 20 → 30 → null
index： 0    1    2    3
第 5 步：长度 + 1
复制代码
size++;
size 从 3 → 4

void deleteAtIndex(int index)

如果下标有效，则删除链表中下标为 index 的节点。

题目解析：

因为有虚拟节点，不需要对index=0特殊处理

循环跑 index 次 → 找到要删除节点的前驱

删除 index=0 → 循环跑 0 次 → pre = head

删除 index=1 → 循环跑 1 次 → pre 指向 index=0

删除 index=2 → 循环跑 2 次 → pre 指向 index=1

删除 = 找前驱 → 跳过要删的节点 找前驱 = 用 for 循环跑 index 次

结语：

如果对你有帮助，请**点赞，关注，收藏，**你的支持就是我最大的鼓励！

【LeetCode刷题日记】：设计链表全解析

设计链表

题目答案：

获取链表第index个节点的数值

`void addAtHead(int val)`

`void addAtTail(int val)`

`void addAtIndex(int index, int val)`

`void deleteAtIndex(int index)`