我于窗中窥月光，恰如仰头见“链表”（Java篇）

news2024/11/27 10:27:10

本篇会加入个人的所谓‘鱼式疯言’

❤️❤️❤️鱼式疯言:❤️❤️❤️此疯言非彼疯言
而是理解过并总结出来通俗易懂的大白话,
小编会尽可能的在每个概念后插入鱼式疯言,帮助大家理解的.
🤭🤭🤭可能说的不是那么严谨.但小编初心是能让更多人能接受我们这个概念 ！！！

在这里插入图片描述

前言

在上一篇文章中我们讲解了线性表中：顺序表和ArrayList

而在本篇文章中小编将带着大家讲解另外一种线性表：LinkedList与链表

而在本篇文章提及的链表是： 单链表

下面让我们看看我们要学习的章节吧 💖 💖 💖

目录

  1. 链表的初识
  2. 单链表的实现
  3. 单链表的优化

一. 链表的初识

1. ArrayList 的不足

在上一篇文章中我们已经熟悉了 ArrayList 的使用，并且进行了简单的模拟实现。

通过源码知道，ArrayList底层是使用数组来存储元素：

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
// ...
// 默认容量是10
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
//...
// 数组：用来存储元素
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access
// 有效元素个数
private int size;
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
// ...

}

由于其底层是一段 连续空间 ，当在 ArrayList 任意位置插入或者删除元素时，就需要将后序元素整体往前或者往后搬移，时间复杂度为 O(n)，效率比较低

因此 ArrayList不适合做任意位置插入和删除比较多的场景。因此：

java集合 中又引入了 LinkedList，即链表结构。

下面小编就介绍了我们今天的男一号选手 链表

2. 链表的概念

链表是一种 物理存储结构上非连续存储结构 ，数据元素的 逻辑顺 是通过链表中的引用 链接次序 实现的 。

在这里插入图片描述

我们平常说的 节点（又叫结点） 就是链表的基本单位，相当于上面这个火车的 每一节车厢

在这里插入图片描述

实际中链表的结构非常多样，那么链表组合起来一共有多少种结构呢 💥 💥 💥

3.链表的结构

实际中链表的结构非常多样，以下情况组合起来就有 8种链表结构

  1. 单向或者双向

在这里插入图片描述

  1. 带头或者不带头

在这里插入图片描述

  1. 循环或者非循环

在这里插入图片描述

虽然有这么多的链表的结构，但是我们重点掌握两种

第一种结构就是本篇文章要重点讲的

无头单向非循环链表(俗称 单链表 )

结构简单，一般不会单独用来存数据。 实际中更多是作为其他数据结构的子结构

在这里插入图片描述

如 哈希桶、图的邻接表 等等。

另外这种结构在 笔试面试 中出现很多。

第二种结构是下篇文章的重点内容哦，小伙伴们可以 期待 一下哦 💞 💞 💞

无头双向链表

在Java的集合框架库中 LinkedList底层 实现就是 无头双向循环链表 。

二. 单链表的实现

小伙伴们要理解链表就需要动手去 实现他们

所以这次就让小编带着小伙伴们来实现我们的 单链表 吧 💥💥💥

1. 框架搭建

<1>. 节点定义

public class MySingleLinkedList implements ISingleLinkList{


    public ListNode head;

  public static  class ListNode {

        // 存放数据
        public  int val;

        // 指向下一个节点的next
        public ListNode next;

      public ListNode(int val) {
          this.val = val;
      }
  }

    public MySingleLinkedList() {
        this.head = new ListNode(1);
    }
}

我们先定义一个类

在这个类中再定义一个 内部类 ，一个个内部类就代表我们一个个 节点 ，用我们的 next 的引用来指向，另外在添加一个自身数据的 val

还需要定义个接口来 整合功能 吧

<2>. 功能接口

package singlinklist;
public interface ISingleLinkList {


    // 打印数据
    public void display();

    // 尾删数据
    public void removeLast();

    // 头删
    public void removeFirst();

    // 指定位置删除数据
    public void remove(int pos);


    // 删除指定数据
    public void removeVal(int val);

    // 删除指定的所有数据
    public void removeValAll(int val);

    // 头插
    public void insertFirst(int val);

    // 尾插数据
    public void insertLast(int val);

    // 指定位置插入数据
    public void insert(int pos,int val);

    // 确定数据是否存在
    public boolean contains(int val);

    // 修改数据
    public void modify(int pos ,int val);

    // 清空单链表
    public void clear();


    // 链表长度
    public int length();

}

2. 功能实现

从上面的接口中我们就可以知道，咱们功能主要是四大板块： 增删查改

package singlinklist;

public class MySingleLinkedList implements ISingleLinkList{


    public ListNode head;

  public static  class ListNode {

        // 存放数据
        public  int val;

        // 指向下一个节点的next
        public ListNode next;

      public ListNode(int val) {
          this.val = val;
      }
  }

    public MySingleLinkedList() {
        this.head = new ListNode(1);
    }


    // 打印单链表
    @Override
    public void display() {

     checknull();

      ListNode cur=head;

      while (cur != null) {
          System.out.print(cur.val+" ");
          cur=cur.next;
      }

        System.out.println();


    }



    @Override
    public void insertFirst(int val) {
        checknull();

        ListNode node=new ListNode(val);

        node.next=head;
        head=node;

    }


    @Override
    public void insertLast(int val) {
        checknull();

        ListNode cur=head;

        while (cur.next !=null) {
            cur=cur.next;
        }

        ListNode node =new ListNode(val);

//       本身 cur.next=null  这行可加可不加
//        node.next=cur.next;

        cur.next=node;


    }


    // 指定位置插入
    @Override
    public void insert(int pos, int val) {

        checknull();

        if (pos==0) {
            insertFirst(val);
            return;
        }

        if (pos==length()) {
            insertLast(val);
            return;
        }

        ListNode des= indexFind(pos);
        if (des==null) {
            return;
        }

        ListNode cur=head;
        while (cur.next != des) {
            cur=cur.next;
        }

        ListNode node=new ListNode(val);

        node.next=des;
        cur.next=node;

    }



    @Override
    public void removeLast() {
      checknull();

      if (isEmpty()) {
          return;

      }

      ListNode cur=head;

      if (cur.next==null) {
          head=null;
          return;
      }

        while (cur.next.next != null) {
            cur=cur.next;
        }

        cur.next=null;

    }

    @Override
    public void removeFirst() {
        checknull();

        if (isEmpty()) {
            return;
        }

        ListNode cur=head;

        head=head.next;

        cur=null;
    }


    @Override
    public void remove(int pos) {

      checknull();

        if (isEmpty()) {
            return;
        }

        if (pos==0) {
            removeFirst();
            return;
        }

        ListNode dec=indexFind(pos);

        if (dec==null) {
            return;
        }
        ListNode cur=head;


        while (cur.next !=dec) {
            cur=cur.next;
        }

        cur.next=cur.next.next;

    }




    // 删除特定数据
    @Override
    public void removeVal(int val) {
      checknull();

      if (isEmpty()) {
          return;
      }

      ListNode cur=head;

      if (cur.val==val) {
            removeFirst();
            return;
      }


      while (cur.next != null) {

          if (cur.next.val==val) {
            cur.next=cur.next.next;
            return;
          }

          cur=cur.next;

      }


  }


    // 删除特定的所有数据
    @Override
    public void removeValAll(int val) {
        checknull();

        if (isEmpty()) {
            return;
        }

        ListNode cur=head.next;

        ListNode pre=head;

        while (cur != null) {
            if (cur.val == val) {
                cur=cur.next;
            } else {

                pre.next=cur;
                pre=pre.next;
                cur=cur.next;
            }
        }

        pre.next=null;

        if (head.val==val) {
            removeFirst();
        }
    }


//    //删除单链表中所有的keyword
方法一:
//    public void removeValAll(int val){
//        ListNode cur=head;
//
//        while(cur.next!=null){
//            if(cur.next.val==val){
//                ListNode ret=cur.next;
//                cur.next=ret.next;//这里ret.next和直接写cur.next.next是一样的;
//            } else {
//                cur=cur.next;
//
//            }
//            if(cur==null){
//                break;
//            }
//        }
//
//        if(head.val==val){
//            head=head.next;
//        }
//    }



    // 搜索是否含有该数据

    @Override
    public boolean contains(int val) {

      checknull();
      ListNode cur=head;

      while (cur != null) {
          if (cur.val==val) {
              return true;
          }
          cur=cur.next;
      }
      return false;
    }



    @Override
    public void modify(int pos, int val) {
        checknull();

        if (isEmpty()) {
            return;
        }

        ListNode des=indexFind(pos);

        if (des==null) {
            return;
        }

        des.val=val;
    }

    @Override
    public void clear() {
        head=null;
    }

    private void  checknull() {
        if (head==null) {
            System.out.println("单链表为null");
        }
    }



    private  ListNode indexFind(int pos) {

      try {
          chackIdex(pos);
      }catch (IndexOutOfBoundsException e) {
          e.printStackTrace();
          return null;
      }

      ListNode cur=head;
      for (int i = 0; i < pos; i++) {
            cur=cur.next;
      }

      return cur;
    }



    @Override
    public int length() {
      int count=0;
      ListNode cur=head;
        while (cur != null) {
            count++;
            cur=cur.next;
        }

        return count;
    }



// 检查链表是否长度为 0

    private  boolean isEmpty() {
      return length()==0;
    }



    // 检查下标是否合法

    private void chackIdex(int pos) throws IndexOutOfBoundsException {
      if (pos <0 || pos >= length()) {
          throw  new  IndexNotLegalException();
      }
    }



}

在这里插入图片描述

是不是看着眼花缭乱的，不妨不妨下面让小编来细细讲解一下我们 增删查改 的主要内容吧 💥💥💥

<1>. 增加功能

以 指定位置 插入为例

 // 指定位置插入
    @Override
    public void insert(int pos, int val) {

        checknull();

        if (pos==0) {
            insertFirst(val);
            return;
        }

        if (pos==length()) {
            insertLast(val);
            return;
        }

        ListNode des= indexFind(pos);
        if (des==null) {
            return;
        }

        ListNode cur=head;
        while (cur.next != des) {
            cur=cur.next;
        }

        ListNode node=new ListNode(val);

        node.next=des;
        cur.next=node;

    }

我们先找到 pos 位置，把新的 node 的 next 修改成修改指向 pos 位置的节点的

在将 pos-1 位置的 next 修改指向为 node

请添加图片描述

鱼式疯言

在插入中需要特别考虑以下三种情况

  1. pos 可能不合法
  try {
      chackIdex(pos);
  }catch (IndexOutOfBoundsException e) {
      e.printStackTrace();
      return null;
  }
  1. 在头位置 插入
if (pos==0) {
    insertFirst(val);
    return;
}
  1. 在 尾位置 插入
  if (pos==length()) {
        insertLast(val);
        return;
    }

<2>. 删除功能

指定找到 pos 位置，并把 pos-1 的节点和 pos+1 的节点用 next 进行连接

@Override
    public void remove(int pos) {

      checknull();

        if (isEmpty()) {
            return;
        }

        if (pos==0) {
            removeFirst();
            return;
        }

        ListNode dec=indexFind(pos);

        if (dec==null) {
            return;
        }
        ListNode cur=head;


        while (cur.next !=dec) {
            cur=cur.next;
        }

        cur.next=cur.next.next;

    }

请添加图片描述

鱼式疯言

需要注意的点

  1. 当pos 位置不合法时
  try {
      chackIdex(pos);
  }catch (IndexOutOfBoundsException e) {
      e.printStackTrace();
      return null;
  }
  1. 如果链表为空 时
 if (isEmpty()) {
        return;
    }
  1. 头部位置删除时
 if (pos==0) {
        removeFirst();
        return;
    }

<3>. 查找功能

查找功能主要是查找是否含有该数据以及下标的功能

主要过程是先 从头节点开始遍历 ，当找到该数据就返回 true 或 下标位置

// 搜索是否含有该数据

@Override
public boolean contains(int val) {

  checknull();
  ListNode cur=head;

  while (cur != null) {
      if (cur.val==val) {
          return true;
      }
      cur=cur.next;
  }
  return false;
}

请添加图片描述

是的

这里就可以 很清楚的寻找到对应数据的位置

鱼式疯言

如果数据为 空，我们就不需要修改了

<4>. 修改功能

主要过程是先 从头节点开始遍历 ，当找到该数据就返回 下标位置

然后找到该小标位置就返回该节点，对这个 节点 的数据进行 修改

@Override
public void modify(int pos, int val) {
    checknull();

    if (isEmpty()) {
        return;
    }

    ListNode des=indexFind(pos);

    if (des==null) {
        return;
    }

    des.val=val;
}

鱼式疯言

如果链表为 空 ，我们就 不需要修改 了

if (des==null) {
    return;
}

基本单链表的的框架我们讲完了，但小爱同学就思考了，我们这种链表在val
中只能放整型数据么？ 不可以放其他类型的数据吗？

答案自然是 可以的

3.其他处理

  • 自定义一个异常来检查下标合法性
package singlinklist;
public class IndexNotLegalException extends RuntimeException{

    public IndexNotLegalException() {

    }

    public IndexNotLegalException(String message) {
        super(message);
    }
}
  • 主函数逻辑的实现
package singlinklist;

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        ISingleLinkList msl =new MySingleLinkedList();

        // 插入
        System.out.println("=====插入========");

        // 尾插

        msl.insertFirst(1);




        msl.insertLast(1);
        msl.insertLast(1);
        msl.insertLast(1);
        msl.insertLast(1);
        msl.insertLast(6);
        msl.insertLast(1);
        msl.insertLast(1);
        msl.insertLast(2);
        msl.insertLast(1);
        msl.insertLast(3);
        msl.insertLast(1);
        msl.insertLast(1);

        msl.display();


//        System.out.println("======删除=======");
//
//        msl.remove(3);
//        msl.removeFirst();
//        msl.removeLast();
//        msl.display();
//
//
//        System.out.println("======修改=====");
//        msl.modify(1,2);
//        msl.display();
//
//
//        System.out.println("=====查找=====");
//        System.out.println(msl.contains(2));
//        System.out.println(msl.contains(3));
//        System.out.println(msl.length());
//
//        msl.clear();

        System.out.println("=======");
//        msl.removeVal(0);
//        msl.removeVal(1);
//        msl.removeVal(2);
//        msl.removeVal(3);
//        msl.display();

        msl.removeValAll(1);

        msl.display();


        msl.insertLast(2);
        msl.insertLast(3);

        msl.insert(3,9);
        msl.insertFirst(0);
        msl.display();


        System.out.println("======删除=======");

        msl.remove(3);
        msl.removeFirst();
        msl.removeLast();
        msl.display();


        System.out.println("======修改=====");
        msl.modify(1,2);
        msl.display();


        System.out.println("=====查找=====");
        System.out.println(msl.contains(2));
        System.out.println(msl.contains(3));
        System.out.println(msl.length());

        msl.clear();



    }
}

三. 单链表的优化

单链表如果 限定死了 ，只能存放 整型或者 浮点型 那就太单一了

所以如果我们要对 单链表优化 的话，那么我们不得不请出我们的 泛型 啦

1.功能接口

package generarraysinglinklist;

public interface IGSingleLinkList<T> {


    // 打印数据
    public void display();

    // 尾删数据
    public void removeLast();

    // 头删
    public void removeFirst();

    // 指定位置删除数据
    public void remove(int pos);


    // 删除指定数据
    public void removeVal(T val);

    // 删除指定的所有数据
    public void removeValAll(T val);

    // 头插
    public void insertFirst(T val);

    // 尾插数据
    public void insertLast(T val);

    // 指定位置插入数据
    public void insert(int pos,T val);

    // 确定数据是否存在
    public boolean contains(T val);

    // 修改数据
    public void modify(int pos ,T val);

    // 清空单链表
    public void clear();


    // 链表长度
    public int length();

}

2. 功能实现

package generarraysinglinklist;

import singlinklist.ISingleLinkList;
import singlinklist.IndexNotLegalException;

public class GMySingleLinkedList<T> implements IGSingleLinkList<T> {


    public ListNode head;

  public static  class ListNode<T> {

        // 存放数据
        public  T val;

        // 指向下一个节点的next
        public ListNode<T> next;

      public ListNode(T val) {
          this.val = val;
      }
  }

    public GMySingleLinkedList(T val) {

        this.head = new ListNode<T>(val);
    }


    // 打印单链表
    @Override
    public void display() {

     checknull();

      ListNode cur=head;

      while (cur != null) {
          System.out.print(cur.val+" ");
          cur=cur.next;
      }

        System.out.println();


    }



    @Override
    public void insertFirst(T val) {
        checknull();


        ListNode node=new ListNode(val);

        node.next=head;
        head=node;

    }


    @Override
    public void insertLast(T val) {
        checknull();

        ListNode cur=head;

        while (cur.next !=null) {
            cur=cur.next;
        }

        ListNode node =new ListNode(val);

//       本身 cur.next=null  这行可加可不加
//        node.next=cur.next;

        cur.next=node;


    }


    // 指定位置插入
    @Override
    public void insert(int pos, T val) {

        checknull();

        if (pos==0) {
            insertFirst(val);
            return;
        }

        if (pos==length()) {
            insertLast(val);
            return;
        }

        ListNode des= indexFind(pos);
        if (des==null) {
            return;
        }

        ListNode cur=head;
        while (cur.next != des) {
            cur=cur.next;
        }

        ListNode node=new ListNode(val);

        node.next=des;
        cur.next=node;

    }



    @Override
    public void removeLast() {
      checknull();

      if (isEmpty()) {
          return;

      }

      ListNode cur=head;

      if (cur.next==null) {
          head=null;
          return;
      }

        while (cur.next.next != null) {
            cur=cur.next;
        }

        cur.next=null;

    }

    @Override
    public void removeFirst() {
        checknull();

        if (isEmpty()) {
            return;
        }

        ListNode cur=head;

        head=head.next;

        cur=null;
    }


    @Override
    public void remove(int pos) {

      checknull();

        if (isEmpty()) {
            return;
        }

        if (pos==0) {
            removeFirst();
            return;
        }

        ListNode dec=indexFind(pos);

        if (dec==null) {
            return;
        }
        ListNode cur=head;


        while (cur.next !=dec) {
            cur=cur.next;
        }

        cur.next=cur.next.next;

    }




    // 删除特定数据
    @Override
    public void removeVal(T val) {
      checknull();

      if (isEmpty()) {
          return;
      }

      ListNode cur=head;

      if (cur.val.equals(val)) {
            removeFirst();
            return;
      }


      while (cur.next != null) {

          if (cur.next.val.equals(val)) {
            cur.next=cur.next.next;
            return;
          }

          cur=cur.next;

      }


  }


    // 删除特定的所有数据
    @Override
    public void removeValAll(T val) {
        checknull();

        if (isEmpty()) {
            return;
        }

        ListNode cur=head.next;

        ListNode pre=head;

        while (cur != null) {
            if (cur.val .equals(val) ) {
                cur=cur.next;
            } else {

                pre.next=cur;
                pre=pre.next;
                cur=cur.next;
            }
        }

        pre.next=null;

        if (head.val.equals(val)) {
            removeFirst();
        }
    }


//    //删除单链表中所有的keyword
方法一:
//    public void removeValAll(int val){
//        ListNode cur=head;
//
//        while(cur.next!=null){
//            if(cur.next.val.equals(val)){
//                ListNode ret=cur.next;
//                cur.next=ret.next;//这里ret.next和直接写cur.next.next是一样的;
//            } else {
//                cur=cur.next;
//
//            }
//            if(cur==null){
//                break;
//            }
//        }
//
//        if(head.val.equals(val)){
//            head=head.next;
//        }
//    }



    // 搜索是否含有该数据

    @Override
    public boolean contains(T val) {

      checknull();
      ListNode cur=head;

      while (cur != null) {
          if (cur.val.equals(val)) {
              return true;
          }
          cur=cur.next;
      }
      return false;
    }



    @Override
    public void modify(int pos, T val) {
        checknull();

        if (isEmpty()) {
            return;
        }

        ListNode des=indexFind(pos);

        if (des==null) {
            return;
        }

        des.val=val;
    }

    @Override
    public void clear() {
      ListNode<T> cur=head;
      while (cur != null) {
          cur.val=null;
          cur=cur.next;
      }
        head=null;
    }

    private void  checknull() {
        if (head==null) {
            System.out.println("单链表为null");
        }
    }



    private  ListNode indexFind(int pos) {

      try {
          chackIdex(pos);
      }catch (IndexOutOfBoundsException e) {
          e.printStackTrace();
          return null;
      }

      ListNode cur=head;
      for (int i = 0; i < pos; i++) {
            cur=cur.next;
      }

      return cur;
    }



    @Override
    public int length() {
      int count=0;
      ListNode cur=head;
        while (cur != null) {
            count++;
            cur=cur.next;
        }

        return count;
    }



// 检查链表是否长度为 0

    private  boolean isEmpty() {
      return length()==0;
    }



    // 检查下标是否合法

    private void chackIdex(int pos) throws IndexOutOfBoundsException {
      if (pos <0 || pos >= length()) {
          throw  new IndexNotLegalException();
      }
    }



}

3. 其他处理

package generarraysinglinklist;

import generarraylist.GMyArrayList;
import generarraylist.IGList;

import java.util.List;


public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        IGSingleLinkList<String> c=new GMySingleLinkedList<>("1");
        System.out.println("--------增加数据----------");
        c.insertLast("1");
        c.insertLast("3");
        c.insert(1,"2");
        c.insert(1,"2");
        c.insert(1,"2");
        c.insert(1,"2");
        c.insert(1,"2");
        c.insert(1,"2");
        c.insert(1,"2");
        c.insertFirst("0");
        c.display();

        System.out.println("--------删除数据-----------");



        c.removeValAll("2");
        c.removeLast();
        c.display();


        System.out.println("--------查找数据-------------");

        String str= "0";

       boolean b= c.contains(str);
       System.out.println(b);


        System.out.println("---------修改数据-----------");
        c.modify(1,"2");
        c.display();


    }
}

在这里插入图片描述

  • 自定义一个异常来检查下标合法性
package singlinklist;
public class IndexNotLegalException extends RuntimeException{

    public IndexNotLegalException() {

    }

    public IndexNotLegalException(String message) {
        super(message);
    }
}

在前面小编已经详细介绍了 底层原理 ，这里小编就 不重复赘述 了，

心细的小伙伴是不是发现了只需要把 int 类型改成 T 即可完成我们的需求

具体泛型的理解期待博主下一篇文章的详解哦，在这里小伙伴们只需要记住一点：

泛型是可以接收并使用任何类型的

总结

  1. 链表的初识： 从我们的ArrayList 引出我们链表的概念以及多种结构的了解
  2. 单链表的实现： 单链表节点如何实现创建和连接并进行增删查改的详细说明
  3. 单链表的优化： 我们讲解了泛型的引入可以使单链表的可以增加不同类型的

如果觉得小编写的还不错的咱可支持 三连 下 (定有回访哦) , 不妥当的咱请评论区 指正

希望我的文章能给各位宝子们带来哪怕一点点的收获就是 小编创作 的最大 动力 💖 💖 💖

在这里插入图片描述

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