Java进阶（7）——手动实现LinkedList 内部node类的实现 增删改查的实现 toString方法 源码的初步理解

news2025/4/7 21:19:45

目录

  • 引出
  • 从ArrayList到Linkedlist
    • 手动实现ArrayList
    • 从ArrayList到LinkedList
  • 总体设计
    • Node类
    • Node的方法：根据index找node
  • 增删改查的实现
    • 增加元素
    • 删除元素
    • 修改元素
    • 查询元素
  • toString方法
  • 完整代码
    • List接口类
    • LinkedList的实现
    • 测试类
  • 总结

引出

1.linkedList的节点，当前，上一个，下一个的思想；
2.根据index找node的方法，根据index确定从头部还是尾部；
3.linkedlist的增删改查的实现，本质是改变节点的信息；
4.递归方法实现自定义链表的toString方法；

从ArrayList到Linkedlist

在这里插入图片描述

手动实现ArrayList

Java进阶（3）——手动实现ArrayList & 源码的初步理解分析 & 数组插入数据和删除数据的问题

在这里插入图片描述

从ArrayList到LinkedList

如果发生对表的一些插入和删除操作，特别是对表的前端进行，那么数组就不是一种好的选择。另一种数据结构：链表(linked list)。

在这里插入图片描述

链表由一系列节点组成，这些节点不必在内存中相连。每一个节点均含有表元素和到包含该元素后继元的节点的链(link)。我们称之为next链。最后一个单元的next链引用null。

在这里插入图片描述

链表的插入

在这里插入图片描述

让每一个节点持有一个指向它在表中的前驱节点的链，我们称之为双链表(doubly linked list)。

在这里插入图片描述

总体设计

在这里插入图片描述

在考虑设计方面，我们将需要提供三个类：
1.MyLinkedList类本身，它包含到两端的链、表的大小以及一些方法。
2.Noe类，它可能是一个私有的嵌套类。一个节点包含数据以及到前一个节点的链和到下一个节点的链，还有一些适当的构造方法。
3.LinkedListIterator类，该类抽象了位置的概念，是一个私有类，并实现接口Iterator。它提供了方法next、hasNext和remove的实现。

标记节点：

前端创建一个额外的节点，逻辑上代表开始的标记。这些额外的节点有时候就叫作标记节点(sentinel node)；特别地，在前端的节点有时候也叫作头节点(header node),而在末端的节点有时候也叫作尾节点(tail node)

在这里插入图片描述

Node类

私有的内部类

  • 当前节点，前置节点，后续节点；
  • 表示链表中的一个基本元素；

在这里插入图片描述

/**
     * 内部类，节点；属性，当前节点，前置节点，后续节点
     * @param <T>
     */
    private static class Node<T> {
        T item; // 当前的节点
        Node<T> next; // 下一个节点
        Node<T> prev; // 前置节点

        Node(Node<T> prev,T element,Node<T> next) {
            this.item = element;
            this.prev = prev;
            this.next = next;
        }

        @Override
        public String toString() {
            String nextStr = null;
            if (next!=null){
                nextStr = next.item.toString();
            }
            String prevStr = null;
            if (prev!=null){
                prevStr = prev.item.toString();
            }

            return "Node{" +
                    " prev=" + prevStr +
                    "，item=" + item +
                    ", next=" + nextStr +
                    '}';
        }
    }

在这里插入图片描述

Node的方法：根据index找node

思路：从头部开始找，进行循环

    public Node<T> NodeByIndex(int index){
        Node<T> x = first; // 从头部开始找
        for (int i = 0; i<index;i++){
            x = x.next;
        }
        return x;
    }

源码采用如下策略

  • 1.根据index和list的size确定从头部还是尾部找；
  • 2.根据index找node节点；

在这里插入图片描述

分析：

降低了复杂度：

如果都从头部找，时间复杂度就是O(i)，在最极端的情况下，根据index找最后一个，时间复杂度是O(N)；

如果是先确定从头部找，还是从尾部找，则时间复杂度最大是O(N/2)；

增删改查的实现

增加元素

最简单的情况，都是从尾部新增元素

  • 1.新的节点的上一个节点为之前的尾部节点；
  • 2.新的尾部节点为当前新增的节点；
  • 3.如果是第一个节点，则需要把first设置为当前的节点
  • 4.链表的size+1；

在这里插入图片描述

    @Override
    public void add(T e) {
        Node<T> l = last;
        Node<T> newNode = new Node<>(l, e, null); // 新增的节点，尾部添加

        last = newNode;
        if (l==null){
            // 是第一个节点
            first = newNode;
            System.out.println("FirstNode --->"+first);
        }else {
            l.next = newNode;
            System.out.println("Add {"+e+"} ---->"+l);
        }
        size++;
    }

更一般的情况如下，插入一个元素

在这里插入图片描述

删除元素

删除头部？尾部？中间

  • 1.如果删除的是头部节点，则让被删除的节点的下一个节点为first节点；
  • 2.如果删除的尾部节点，则让被删除的节点的上一个节点的下一个节点为null；
  • 3.如果删除的是中间的节点，让该节点的前置节点的下一个节点指向该节点的下一个节点；

在这里插入图片描述

    @Override
    public void remove(int index) {
        // 找到要删除的节点，前置节点，后续节点
        // 1.如果删除的是头部节点
        if (index==0){
            first = NodeByIndex(index+1);
            return;
        }
        // 2.如果不是头部节点
        Node<T> tNode = NodeByIndex(index); // 当前节点
        Node<T> prev = tNode.prev; // 当前节点的上一个节点
        Node<T> next = tNode.next; // 当前节点的下一个节点
        if (next==null){
            // 删除的是尾部节点
            prev.next = null;
            return;
        }
        // 删除的是中间的某个节点
        // 让该节点的前置节点的下一个节点指向该节点的下一个节点
        prev.next = next;
        next.prev = prev;
        size--;
    }

修改元素

被修改的节点的节点关系不变，只需要把当前节点的元素变为最新的元素即可

在这里插入图片描述

代码实现

在这里插入图片描述

查询元素

调用node方法即可

    @Override
    public T get(int index) {
        // 索引不能大于等于size
        if (index<0 || index>=size){
            throw new IndexOutOfBoundsException("LinkedList的索引越界");
        }
        return NodeByIndex(index).item;
    }

toString方法

在这里插入图片描述

完整代码

List接口类

package com.tianju.book.jpa.mlist;

/**
 * 手工打造ArrayList
 */
public interface MyList<T> {
    /**
     * 增加一个元素，涉及到容量的变化
     */
    void add(T t);

    /**
     * 根据索引删除元素
     * @param index 要删除元素的索引，超过索引？索引不存在？
     */
    void remove(int index);

    /**
     * 根据索引修改一个元素
     * @param index 要修改的索引
     * @param t 修改的值
     */
    void set(int index,T t);

    /**
     * 根据索引获取元素
     * @param index 索引
     * @return 获取的元素
     */
    T get(int index);

    int size();

    String toString();

}

LinkedList的实现

package com.tianju.book.jpa.myLinkList;

import com.tianju.book.jpa.mlist.MyList;

public class MyLinkedList<T> implements MyList<T> {

    int size = 0;

    Node<T> first; // 头部节点

    Node<T> last; // 尾部节点


    /**
     * 内部类，节点；属性，当前节点，前置节点，后续节点
     * @param <T>
     */
    private static class Node<T> {
        T item; // 当前的节点
        Node<T> next; // 下一个节点
        Node<T> prev; // 前置节点

        Node(Node<T> prev,T element,Node<T> next) {
            this.item = element;
            this.prev = prev;
            this.next = next;
        }

        @Override
        public String toString() {
            String nextStr = null;
            if (next!=null){
                nextStr = next.item.toString();
            }
            String prevStr = null;
            if (prev!=null){
                prevStr = prev.item.toString();
            }

            return "Node{" +
                    " prev=" + prevStr +
                    "，item=" + item +
                    ", next=" + nextStr +
                    '}';
        }
    }


    @Override
    public void add(T e) {
        Node<T> l = last;
        Node<T> newNode = new Node<>(l, e, null); // 新增的节点，尾部添加

        last = newNode;
        if (l==null){
            // 是第一个节点
            first = newNode;
            System.out.println("FirstNode --->"+first);
        }else {
            l.next = newNode;
            System.out.println("Add {"+e+"} ---->"+l);
        }
        size++;
    }

    public Node<T> NodeByIndex(int index){
        Node<T> x = first; // 从头部开始找
        for (int i = 0; i<index;i++){
            x = x.next;
        }
        return x;
    }

    @Override
    public void remove(int index) {
        // 找到要删除的节点，前置节点，后续节点
        // 1.如果删除的是头部节点
        if (index==0){
            first = NodeByIndex(index+1);
            return;
        }
        // 2.如果不是头部节点
        Node<T> tNode = NodeByIndex(index); // 当前节点
        Node<T> prev = tNode.prev; // 当前节点的上一个节点
        Node<T> next = tNode.next; // 当前节点的下一个节点
        if (next==null){
            // 删除的是尾部节点
            prev.next = null;
            return;
        }
        // 删除的是中间的某个节点
        // 让该节点的前置节点的下一个节点指向该节点的下一个节点
        prev.next = next;
        next.prev = prev;
        size--;
    }

    @Override
    public void set(int index, T element) {
        // 索引不能大于等于size
        if (index<0 || index>=size){
            throw new IndexOutOfBoundsException("LinkedList的索引越界");
        }
        Node<T> tNode = NodeByIndex(index); // 当前节点
        T oldVal = tNode.item; // 获取旧的元素
        tNode.item = element; // 把当前节点的元素设置成新的
//        System.out.println(oldVal);
    }

    @Override
    public T get(int index) {
        // 索引不能大于等于size
        if (index<0 || index>=size){
            throw new IndexOutOfBoundsException("LinkedList的索引越界");
        }
        return NodeByIndex(index).item;
    }

    @Override
    public int size() {
        return size;
    }

    /**
     * 为了实现toString方法
     */

    String str = "null-->";

    // 通过第一个节点递归调用，获得LinkedList的链
    private String recursion(Node<T> first){

        if (!str.contains(first.item.toString())){
            str = str + first.item;
        }
        if (first.next==null){
            return str + "-->null";
        }
        str = str + "-->" +  first.next.item.toString();
        first = first.next;
        return recursion(first);
    }


    // 在每次调用后把str归位；
    private void backStr(){
        str = "null-->";
    }

    @Override
    public String toString() {
        String recursion = recursion(first);
        backStr();
        return "MyLinkedList{ " + recursion +" }";
    }
}

测试类

package com.tianju.book.jpa.myLinkList;

import org.hibernate.event.spi.SaveOrUpdateEvent;

import java.util.List;

public class MyLinkedListTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        MyLinkedList<String> list = new MyLinkedList<>();
        list.add("PET1");
        list.add("PET2");
        list.add("PET3");
        System.out.println("**********");
        System.out.println(list);

        list.add("PET4");
        System.out.println(list);
        System.out.println(list.size());

//        System.out.println(list.get(4));
//        list.remove(0);
//        System.out.println("删除头部节点");
//        System.out.println(list);
//
//        System.out.println("删除尾部节点");
//        list.remove(3-1);
//        System.out.println(list);

        System.out.println("删除中间的节点");
        list.remove(2);
        System.out.println(list);

        System.out.println("进行set");
        list.set(0, "SHI1");
        System.out.println(list);

    }
}

在这里插入图片描述

总结

1.linkedList的节点，当前，上一个，下一个的思想；
2.根据index找node的方法，根据index确定从头部还是尾部；
3.linkedlist的增删改查的实现，本质是改变节点的信息；
4.递归方法实现自定义链表的toString方法；

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