链表（LinkedList）

概念

链表是一种链式存储的线性表，所有存储的元素的内存地址不一定是连续的

链表接口设计

LinkedList，从字面上来看和ArrayList有一点相同，所以LinkedList和ArrayList有一些相同的方法。可能方法名跟ArrayList相同，但是里面的代码实现完全不一样，也有可能代码实现一模一样。所以先展示LinkedList的接口方法，后续逐个实现对应的方法

代码

public class LinkedList<E> {

    private int size;
    private Node<E> firstNode;

    // 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;
        }
    }
}

单向链表的实现

构造方法

代码

private Node firstNode;

private static class Node<E> {
    E element;
    Node<E> next;

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

清空元素（Clear）

图解

分析

链表的长度是4个，size=4，清空整个链表，只需要first的地址指向为null，同时size置为0即可

代码

public void clear() {
    firstNode = null;
    size = 0;
}

获取index位置对应节点对象（node）

分析

因为链表的空间元素地址不是连续的，所以寻址速度相对于数组来讲是很慢的，如果需要通过index位置找到对应的节点对象，需要进行整个链表的遍历。

代码

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

获取某个元素的位置(Get)

分析

通过node方法可以获取到对应位置的节点对象，自然就得到了对应位置的元素。

代码

public E get(int index) {
    Node<E> node = node(index);
    return node.element;
}

设置某个位置的元素(Set)

分析

通过node方法可以获取到对应位置的节点对象，设置一个变量获得原位置的元素，然后再把元素进行替换。

代码

public E set(int index, E element) {
    Node<E> node = node(index);
    E oldElement = node.element;
    node.element = element;
    return oldElement;
}

添加链表元素(add)

图解

分析

常见情况：元素添加在中间或者尾部，获取到上个链表所在的链表节点(prev)，然后创建新的链表节点，将next指定prev.next，然后prev.next重新指向新链表节点。

特殊情况：元素添加在第一位，创建新的链表节点，然后将firstNode赋给新节点的next，在将新节点重新赋给firstNode。

最后链表长度加一。

代码

public void add(int index, E element) {
    rangeCheckForAdd(index);
    if (index == 0) {
        Node<E> newNode = new Node<>(element, firstNode);
        firstNode = newNode;
    } else {
        Node<E> prev = node(index - 1);
        Node<E> newNode = new Node<>(element, prev.next);
        prev.next = newNode;
    }
    size++;
}

删除指定元素(remove)

图解

分析

常见情况，删除中间位置或者尾部，直接通过node方法获得上一个节点的信息，然后将上一个节点的地址指向下一个节点的next。然后链表长度减一。

代码

public E remove(int index) {
    rangeCheck(index);
    Node<E> node = node(index);
    if (index == 0) {
        firstNode = firstNode.next;
    } else {
        Node<E> prev = node(index - 1);
        prev.next = prev.next.next;

    }
    size--;

    return node.element;
}

数据结构之链表