一、链表（LinkedList）
- 链表是一种
链式存储的线性表, 所有元素的内存地址不一定是连续的。
二、链表（LinkedList）接口设计
- 创建
LinkedList类，用来管理链表数据，其中的size属性记录存储数据的数量，first属性引用链表的第0个元素。 - 创建私有类
Node，其中的element属性用于存储元素，next属性用于指向链表中的下一个节点。
public class LinkedList<E> {
private int size;
private Node<E> first;
// 元素的数量
int size();
// 是否为空
boolean isEmpty();
// 是否包含某个元素
boolean contains(E element);
// 添加元素到最后面
void add(E element);
// 返回index位置对应的元素
E get(int index);
// 设置index位置的元素
E set(int index, E element);
// 往index位置添加元素
void add(int index, E element);
// 删除index位置对应的元素
E remove(int index);
// 查看元素的位置
int indexOf(E element);
// 清除所有元素
void clear();
// 私有类, 链表中的节点
private class Node<E> {
E element;
Node<E> next;
// 构造方法
public Node(E element, Node<E> next) {
this.element = element;
this.next = next;
}
}
}
三、链表的实现
1、构造方法
- 链表的创建与动态数组不同，动态数组在构造时需要传入一个
空间属性，来决定这个数组的容量。但链表元素是在添加时才创建的，内存地址不一定是连续的。所以链表不需要在单独设计构造方法，使用默认构造方法即可。
2、添加元素
- 添加数据时，需要创建一个节点存储数据，并将该节点拼接到最后节点的后面，然后
size加1。 - 需要区分
当前链表没有数据，新节点拼接到first和当前链表有数据，新节点拼接到最后的节点。
public void add(E element) {
// 当first等于null时, 说明此事没有节点, 所以first引用新节点
if (first == null) {
first = new Node<E>(element, null);
}
// 当fitst不等于null时, 说明链表中有节点, 此时获取最后一个节点, 并将该节点的next指向新节点
else {
Node<E> node = node(size - 1);
node.next = new Node<E>(element, null);
}
size++;
}
3、插入元素
- 插入链表，首先需要创建新节点，然后通过
变更插入位置前一个元素next指针指向，插入指定位置即可。 - 需要区分
插入到0的位置，使用first指向新节点和插入到非0位置，找到前一个节点进行处理两种情况。
3.1、数组越界
- 插入元素的位置必须
不能小于0, 也不能大于等于size，所以我们在插入元素之前需要先进行索引检查。
protected void outOfBounds(int index) {
throw new IndexOutOfBoundsException("Index:" + index + ", Size:" + size);
}
protected void rangeCheck(int index) {
if (index < 0 || index >= size) {
outOfBounds(index);
}
}
插入元素代码如下：
public void add(int index, E element) {
// 检查索引是否越界
rangeCheckForSize(index);
// 当插入到0的位置时
if (index == 0) {
// 将first指向新节点, 新节点的next指向之前的first节点
first = new Node<E>(element, first);
}else {
// 找到指定位置前面的节点
Node<E> prev = node(index - 1);
// 将前面节点的next指向新节点, 新节点的next指向prev之前指向的节点
prev.next = new Node<>(element, prev.next);
}
size++;
}
添加元素也可以简写：
public void add(E element) {
// 元素添加到size位置, 即添加到最后面
add(size, element);
}
4、删除元素
- 首先找到删除节点
(delete_node)的前一个节点(pre_node)，然后通过变更(pre_node)节点next指针指向删除节点(delete_node)的下一个节点即可，然后size减1。 - 需要判断是否删除的
第0个元素，如果是，则使用first指向第1个节点。
public E remove(int index) {
// 检查索引是否越界
rangeCheck(index);
// 记录需要删除的节点
Node<E> old = first;
// 当删除第0个元素时, 将first的next指向索引为`1`的节点即可
if (index == 0) {
first = first.next;
}else {
// 找到前一个元素
Node<E> prev = node(index - 1);
// 记录需要删除的节点
old = prev.next;
// 将prev的next指向需要删除节点的后一个节点
prev.next = old.next;
}
// size-1
size--;
// 返回删除的元素
return old.element;
}
5、清空元素
- 将
first指向null，释放链表所有node，同时size置为0即可。
public void clear() {
first = null;
size = 0;
}
6、修改元素
- 首先通过遍历链表元素，找到该节点。
private Node<E> node(int index) {
//越界判断
rangeCheck(index);
Node<E> node = first;
for (int i = 0; i < index; i++) {
node = node.next;
}
return node;
}
- 然后修改
node节点的element即可。
public E set(int index, E element) {
// 找到对应节点, node方法中已经判断了索引是否越界
Node<E> node = node(index);
// 记录旧元素
E old = node.element;
// 覆盖元素
node.element = element;
// 返回旧元素
return old;
}
7、查找元素
- 找到对应的节点, 取出元素即可。
public E get(int index) {
// node方法中已经判断了索引是否越界
return node(index).element;
}
8、查找元素索引
- 查找指定元素的索引，需要遍历所有节点，找到节点对应的元素与执行元素相等即可。
- 如果需要支持节点
element为null，则需要分两种情况处理。
private static final int ELEMENT_ON_FOUND = -1;
public int indexOf(E element) {
// 取出头结点
Node<E> node = first;
// 当element为null时的处理
if (element == null) {
// 遍历节点, 找到存储为null的节点, 返回索引
for (int i = 0; i < size; i++) {
if (node.element == null) return i;
node = node.next;
}
}else {
for (int i = 0; i < size; i++) {
// 遍历节点, 找到存储的元素与指定元素相等的节点, 返回索引
if (element.equals(node.element)) return i;
node = node.next;
}
}
// 没有找到元素对应的节点, 返回ELEMENT_ON_FOUND
return ELEMENT_ON_FOUND;
}
9、获取链表存储元素的个数
- 获取链表存储元素的个数, 就是
size的值。
public int size() {
return size;
}
10、链表是否为空
- 链表是否为空, 只需要判断
size是否等于0即可。
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
11、判断元素是否存在
- 判断元素是否存在, 只需要判断元素的索引是否为
ELEMENT_ON_FOUND即可。
public boolean contains(E element) {
return indexOf(element) != ELEMENT_ON_FOUND;
}
12、打印链表中存储的数据
public String toString() {
StringBuilder string = new StringBuilder();
string.append("size = ").append(size).append(", [");
Node<E> node = first;
for (int i = 0; i < size; i++) {
if (i != 0) {
string.append(",");
}
string.append(node.element);
node = node.next;
}
string.append("]");
return string.toString();
}
到此为止，我们成功的实现了链表。
