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JAVA实现单链表超详解(图解)

程序员文章站 2022-12-20 10:55:22
这一篇,说一下java的单链表的实现,如果有C语言的基础的话,应该知道,在C语言中,链表的实现是用指针来实现的,也就是用指针来指向下一个节点的地址来实现链表。那在java中没有指针的这个概念,我们应该怎么实现,怎么来表示地址,怎么指向一个地址;我们来看一个例子:Student stu=new Student();那,我们知道这行代码是一个对象的实例化,那这行代码到底是什么意思呢?我们这样理解:stu这个变量存储在栈内存中,右边的new Student()存储在堆内存中,就像这样:也就是可以...

这一篇,说一下java的单链表的实现,如果有C语言的基础的话,应该知道,在C语言中,链表的实现是用指针来实现的,也就是用指针来指向下一个节点的地址来实现链表。
那在java中没有指针的这个概念,我们应该怎么实现,怎么来表示地址,怎么指向一个地址;
我们来看一个例子:

Student stu=new Student();

那,我们知道这行代码是一个对象的实例化,那这行代码到底是什么意思呢?
我们这样理解:
stu这个变量存储在栈内存中,右边的new Student()存储在堆内存中,就像这样:
JAVA实现单链表超详解(图解)
也就是可以这样理解,左边变量的值,就是右边的地址,也就是左边的变量指向了右边的地址;
所以在我后面写的一些代码,就可以理解成等号左边是变量,右边是地址!

OK,现在我们来说链表,要想实现一个链表,自然少不了节点,那么一个节点应该有什么呢?
和C语言一样,应该有数据项和指向下一个节点的对象。那在C中有结构体这么一说可以来实现这样一个节点,在JAVA中呢,就是类,也就是实现出一个节点类!
JAVA实现单链表超详解(图解)

一、节点类的实现

public class Node<E> {
	Node<E> next;
	E element;
	public Node(Node next,E element){
		this.next=next;
		this.element=element;
	}

}

类中应该有一个next的对象来指向下一个节点,还要有一个element来存储数据,加了一个泛型来表示数据类型!
在构造方法中我们应该有两个参数,一个是节点的数据,还有就是指向下一个节点的next;

二、获取节点的方法

有了这个节点类,我们就可以创建出一个链表类:

public class AloneList<E>{}

那链表类中应该有什么成员变量呢:
是不是应该有一个头结点的意思,这个头节点应该是Node类型,还要有一个size来记录节点的个数:

	private int size;
	private Node first;

然后我们思考一个问题,是不是我们在进行指定位置添加元素,指定位置删除元素,指定位置修改元素,我们都要通过一个索引(我只是说索引,但在链表是没有索引这一个概念的,索引的概念只在数组中出现,但为了方便叙述,就不要纠正我了哈)来操作这个链表,那么我不想在每个方法中都写一遍,我就可以拿出来这么一个方法,实现通过索引查找元素的方法:
这个方法的返回值,应该就是Node类型的节点。
我们举例子来说:
JAVA实现单链表超详解(图解)
看,我们要拿到第三个节点,是不是应该就是head的下一个的下一个,那下一个在节点类中是不是就是next
第三个元素是不是就可以写成head.next.next!这是不是就是通过索引来遍历:
来看代码:

	private Node<E> node(int index){
		Node x=first;
		for(int i=0;i<index;i++) {
			x=x.next;
		}
		return x;
	}

我每次都让x=x的下一个,起到了查找的遍历方法!

三、指定位置添加元素

现在我们有了这个node方法,我们来写一下指定位置添加元素:

public void add(int index,E element){}

函数里面应该怎么写呢,我们先考虑第一种情况,添加第一个元素,也就是index==0的情况:
我在最开始没有添加的时候,只应该有一个节点first吧:
JAVA实现单链表超详解(图解)
并且他的next应该是指向空的;
那我们现在要通过add(0,E element)添加一个节点,那我是不是就要new出来一个节点

new Node<E>(null,element)

JAVA实现单链表超详解(图解)
next为空,对吧,现在两个节点出来了,我们要把他们两个连起来:
那first的next就不应该为空,而是指向这个新节点!
JAVA实现单链表超详解(图解)
这回再想一下我文章开头说的话,实现这一步应该怎么做?

	if(index==0) {
			first=new Node<E>(null,element);
		}

是不是就这一行代码就可以了,等号左边是变量,右边是地址,把他写进add方法中!
然后我们在考虑index不为0的情况怎么写。
JAVA实现单链表超详解(图解)
如果我们想在3这个位置添加一个节点:
JAVA实现单链表超详解(图解)

我们是不是要获取到第二个和第三个这两节点,对吧,因为要在这两个节点中插入嘛,所以一定要获取这两个节点,用什么方法,node啊!

			Node<E> pre=node(index-1);
			Node<E> next=pre.next;

这两个节点获取到了怎么办,我是不是应该要新new出来一个节点,然后这个new节点的next要指向3这个位置!

new Node<E>(next,element)

是不是这样(看参数!);
然后呢,再让2这个节点,指向这个new节点,是不是就完事了!

pre.next=new Node<E>(next,element);

最后一步再让size++,并且判断一下index的索引是否越界,是不是就可以了!
最后再看一下完整的代码:

	public void add(int index,E element) {
		if(index<0||index>size) {
			throw new IndexOutOfBoundsException("索引越界异常");
		}
		if(index==0) {
			first=new Node<E>(null,element);
		}
		else {
			Node<E> pre=node(index-1);
			Node<E> next=pre.next;
			pre.next=new Node<E>(next,element);
			
		}
		
		size++;
	}

四、在末尾添加节点

public void add(E element) {}

就是这么一个方法,那你说,在链表的末尾添加节点的话,是不是就可以这样写:

add(size,element);

是不是,末尾嘛,在size的位置上添加元素啊,多么简单!

	public void add(E element) {
		add(size,element);
	}	
	

五、获取方法

	public E get(int index) {
		if(index<0||index>size) {
			throw new IndexOutOfBoundsException("索引越界异常");
		}
		return node(index).element;
	}

这这这,是不是也觉得真的没啥好说的,判断索引是否越界,再直接索引调用node方法,在返回element完事,是不是很简单!

六、修改方法

	public E set(int index,E element) {
		if(index<0||index>size) {
			throw new IndexOutOfBoundsException("索引越界异常");
		}
		Node<E> node=node(index);
		E oldElement=node.element;
		node.element=element;
		return oldElement;
		
	}

这这这这,是不是也很简单,判断索引是否越界,然后调用node方法,设置一下element是不是也就完事了!

七、删除方法

好,又来恶心的了,删除方法,我们还是先来特殊的,删除第一个元素,来仔细看好!
JAVA实现单链表超详解(图解)
来看这张图,我first的值,是值,是不是等于0号元素的地址,也就是说,我0号元素的地址,是不是等于first,那1号元素的地址,是不是等于first.next;
我现在要干的是什么,是不是想让,first的值,等于1号元素的地址,从而把0号元素给跳过去。有没有点绕,多看两遍;
JAVA实现单链表超详解(图解)

如果想要实现这个功能,我要怎么写?

		if(index==0) {
			first=first.next;
		}

是不是就这一行代码就完事了,仔细看第一张图,是不是很牛逼!

然后我们再看不是删除第一个元素的方法实现:
JAVA实现单链表超详解(图解)
如果我们要删除1号元素:
JAVA实现单链表超详解(图解)
我就让0号元素指向2号元素的地址就可以了吧。
然后获取0号元素和2号元素(就是index的上一个和下一个)
然后让0号元素指向2号元素的地址

		else {
			Node<E> pre=node(index-1);
			Node<E> oldNode=pre.next;
			pre.next=oldNode.next;
		}

是不是就是这样,完全没问题啊,然后我们再返回一下被删除的元素,判断一下索引的范围,这个方法是不是也就完成了!

	public E remove(int index) {
		if(index<0||index>size) {
			throw new IndexOutOfBoundsException("索引越界异常");
		}
		
		if(index==0) {
			first=first.next;
			size--;
			return node(0).element;
		}
		else {
			Node<E> pre=node(index-1);
			Node<E> oldNode=pre.next;
			pre.next=oldNode.next;
			size--;
			return oldNode.element;
		}

	}

八、toString方法

啊,最后一个方法,不想说了,直接看代码吧:

	public String toString() {
		StringBuilder str=new StringBuilder();
		if(size==0) {
			return "[]";
		}
		else {
			str.append("[");
			Node x=first;
			for(Node i=x;i!=null;i=i.next) {
				if(i.next==null) {
					str.append(i.element).append("]");
				}
				else {
					str.append(i.element).append(" ");
				}
			}
		}
		return str.toString();
	}

那,这个方法我再自定义ArrayList中也写过:
https://blog.csdn.net/weixin_46726346/article/details/107580973
就是这篇文章,OK,到此一个单链表的实现就完成了!
最后再测试一下:

九、测试

public class Test {
	public static void main(String[] args) {
		AloneList<String> list=new AloneList<String>();
		list.add("123");
		list.add("456");
		list.add("789");
		System.out.println(list);
		list.add(1,"456");
		System.out.println(list);
		System.out.println(list.get(3));
		list.set(0, "abc");
		System.out.println(list);
		list.remove(0);
		System.out.println(list);
		
	}

}

看一下输出结果吧:
[123 456 789]
[123 456 456 789]
789
[abc 456 456 789]
[456 456 789]

测试也是没有问题的呢,OK,到此就结束了!

本文地址:https://blog.csdn.net/weixin_46726346/article/details/107687955