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单链表

概念

单链表也叫单向链表，是链表中最简单的一种形式，它的每个节点包含两个域，一个信息域（元素域）和一个链接域。这个链接指向链表中的下一个节点，而最后一个节点的链接域则指向一个空值。

• 表元素域data用来存放具体的数据。
• 链接域next用来存放下一个节点的位置

链表的基本要素

１．节点，每一个节点有两个域：

左：值域，右：针域

２．head节点：特殊节点，永远指向第一个节点

３．tail节点：特殊节点，永远指向最后一个节点

４．None:链表最后节点的针域的指针指向None值,因此也叫接地点.

应用场景

1、链表的经典应用场景： LRU缓存淘汰算法。

2、缓存是一种提高数据读取性能的技术，在硬件设计、软件开发中都有着非常广泛的应用，比如常见的CPU缓存、数据库缓存、浏览器缓存等等。

3、缓存的大小有限，当缓存被用满时，哪些数据应该被保留，这就需要缓存淘汰策略来决定。常见的策略有三种：先进先出策略(FIFO)、最少使用策略(LFU)、最近最少使用策略(LRU)。

4、问题Q：如何使用链表来实现LRU缓存淘汰策略呢？

5、五花八门的链表结构

单链表操作

• is_empty() 链表是否为空
• length() 链表长度
• travel() 遍历整个链表
• add(item) 链表头部添加元素
• append(item) 链表尾部添加元素
• insert(pos, item) 指定位置添加元素
• remove(item) 删除节点
• search(item) 查找节点是否存在

实现类：

//一个节点
public class Node {

    //节点内容
    int data;
    //下一个节点
    Node next;

    public Node(int data) {
        this.data = data;
    }

    //为节点追加节点
    public Node append(Node node) {
        //当前节点
        Node currentNode = this;
        //循环向后找
        while (true) {
            //取出下一个节点
            Node nextNode = currentNode.next();
            //如果下一个节点为null，当前节点已经是最后一个节点
            if (nextNode == null) {
                break;
            }
            //赋给当前节点，无线向后找
            currentNode = nextNode;
        }
        //把需要追加的节点，追加为找到的当前节点（最后一个节点）的下一个节点
        currentNode.next = node;
        return this;
    }

    //显示所有节点信息
    public void show() {
        Node currentNode = this;
        while (true) {
            System.out.print(currentNode.data + " ");
            //取出下一个节点
            currentNode = currentNode.next;
            //如果是最后一个节点
            if (currentNode == null) {
                break;
            }
        }
        System.out.println();
    }

    //插入一个节点作为当前节点的下一个节点
    public void after(Node node) {
        //取出下一个节点，作为下下一个节点
        Node nextNext = next;
        //把新节点作为当前节点的下一个节点
        this.next = node;
        //把下下一个节点设置为新节点的下一个节点
        node.next = nextNext;

    }

    //删除下一个节点
    public void removeNode() {
        //取出下下一个节点
        Node newNext = next.next;
        //把下下一个节点设置为当前节点的下一个节点
        this.next = newNext;
    }

    //获取下一个节点
    public Node next() {
        return this.next;
    }

    //获取节点中的数据
    public int getData() {
        return this.data;
    }

    //判断节点是否为最后一个节点
    public boolean isLast() {
        return next == null;
    }

}

循环链表

概念

单链表的一个变形是单向循环链表，链表中最后一个节点的 next 域不再为 None，而是指向链表的头节点。

循环链表操作

实现类：

//表示一个节点
public class LoopNode {

    //节点内容
    int data;
    //下一个节点
    LoopNode next = this; //与单链表的区别，追加了一个this，当只有一个节点时指向自己

    public LoopNode(int data) {
        this.data = data;
    }

    //插入一个节点
    public void after(LoopNode node) {
        LoopNode afterNode = this.next;
        this.next = node;
        node.next = afterNode;
    }

    //删除一个节点
    public void removeNext() {
        LoopNode newNode = this.next.next;
        this.next = newNode;
    }

    //获取下一个节点
    public LoopNode next() {
        return this.next;
    }

    //获取节点中的数据
    public int getData() {
        return this.data;
    }

}

双向循环链表

概念

在双向链表中有两个指针域，一个是指向前驱结点的prev，一个是指向后继结点的next指针

双向循环链表操作

实现类：

public class DoubleNode {
    //上一个节点
    DoubleNode pre = this;
    //下一个节点
    DoubleNode next = this;
    //节点数据
    int data;

    public DoubleNode(int data) {
        this.data = data;
    }

    //增加节点
    public void after(DoubleNode node) {
        //原来的下一个节点
        DoubleNode nextNext = next;
        //新节点作为当前节点的下一个节点
        this.next = node;
        //当前节点作为新节点的前一个节点
        node.pre = this;
        //原来的下一个节点作为新节点的下一个节点
        node.next = nextNext;
        //原来的下一个节点的上一个节点为新节点
        nextNext.pre = node;
    }

    //获取下一个节点
    public DoubleNode getNext() {
        return this.next;
    }

    //获取上一个节点
    public DoubleNode getPre() {
        return this.pre;
    }

    //获取数据
    public int getData() {
        return this.data;
    }
}