Java - 数据结构 - 链表

1 单向链表

1.1 接口与抽象类

• 链表跟数组一样是线性表，那么就可以抽取线性表的共性

1.1.1 List接口

线性表公共的接口方法

点击查看代码

public interface List<E> {
	static final int ELEMENT_NOT_FOUND = -1;
	/**
	 * 清除所有元素
	 */
	void clear();

	/**
	 * 元素的数量
	 * @return
	 */
	int size();

	/**
	 * 是否为空
	 * @return
	 */
	boolean isEmpty();

	/**
	 * 是否包含某个元素
	 * @param element
	 * @return
	 */
	boolean contains(E element);

	/**
	 * 添加元素到尾部
	 * @param element
	 */
	void add(E element);

	/**
	 * 获取index位置的元素
	 * @param index
	 * @return
	 */
	E get(int index);

	/**
	 * 设置index位置的元素
	 * @param index
	 * @param element
	 * @return 原来的元素ֵ
	 */
	E set(int index, E element);

	/**
	 * 在index位置插入一个元素
	 * @param index
	 * @param element
	 */
	void add(int index, E element);

	/**
	 * 删除index位置的元素
	 * @param index
	 * @return
	 */
	E remove(int index);

	/**
	 * 查看元素的索引
	 * @param element
	 * @return
	 */
	int indexOf(E element);
}

1.1.2 抽象父类

线性表的公共父类

点击查看代码

public abstract class AbstractList<E> implements List<E>  {
	/**
	 * 元素的数量
	 */
	protected int size;
	/**
	 * 元素的数量
	 * @return
	 */
	public int size() {
		return size;
	}

	/**
	 * 是否为空
	 * @return
	 */
	public boolean isEmpty() {
		 return size == 0;
	}

	/**
	 * 是否包含某个元素
	 * @param element
	 * @return
	 */
	public boolean contains(E element) {
		return indexOf(element) != ELEMENT_NOT_FOUND;
	}

	/**
	 * 添加元素到尾部
	 * @param element
	 */
	public void add(E element) {
		add(size, element);
	}
	
	protected void outOfBounds(int index) {
		throw new IndexOutOfBoundsException("Index:" + index + ", Size:" + size);
	}
	
	protected void rangeCheck(int index) {
		if (index < 0 || index >= size) {
			outOfBounds(index);
		}
	}
	
	protected void rangeCheckForAdd(int index) {
		if (index < 0 || index > size) {
			outOfBounds(index);
		}
	}
}

1.2

public class SingleLinkedList <E> extends AbstractList<E> {
    //第一个节点
    private Node<E> first;
    //内部私有的节点
    private static class Node<E>{
        //元素
        E element;
        //下一个节点
        Node next;
        public Node(E element,Node<E> next){
            this.element=element;
            this.next=next;
        }
    }
}

1.3 查索引位置的元素（重要方法）

链表的增删改查功能，要先找到索引位置的元素，单向链表不像数组，数组可以通过下标直接访问索引位置的元素，单向链表要从第一个节点开始挨个找。

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

1.4 clear

    @Override
    public void clear() {
        first=null;
        size=0;
    }

1.5 add

1.6.1 在索引0加节点

1.6.2 在其他位置加节点

代码实现：

    @Override
    public void add(int index, E element) {
        //索引0，没有上一个节点
        if (index==0){
            first=new Node<>(element,first);
        }else {
            //找到当前索引位置的上一个节点
            Node<E> prev = node(index - 1);
            prev.next=new Node<>(element,prev.next);
        }
        size++;
    }

1.6 remove

1.6.1 删除索引0节点

1.6.2 删除其他节点（不是第一个）

代码实现

    public E remove(int index) {
        //取第一个节点
        Node<E> node = first;
        //删除第一个节点
        if (index == 0) {
            first = first.next;
        } else {
            //上一个节点
            Node<E> prev = node(index - 1);
            //当前节点
            node = prev.next;
            prev.next = node.next;
        }
        size--;
        return node.element;
    }

1.7 其余的方法

查，写法一，性能低

    public int indexOf(E element) {
        if (element == null){
            for (int i = 0 ;i<size;i++){
                if (node(i).element == null) return i;
            }
        }else {
            for (int i=0;i<size;i++){
                if (element.equals(node(i).element)) return i;
            }
        }
        return ELEMENT_NOT_FOUND;
    }

查，写法二

    public int indexOf(E element) {
        if (element == null){
            Node node=first;
            for (int i = 0 ;i<size;i++){
                if (node.element == null) {
                    return i;
                }
                node=node.next;
            }
        }else {
            Node node=first;
            for (int i=0;i<size;i++){
                if (element.equals(node.element)){
                    return i;
                }
                node=node.next;
            }
        }
        return ELEMENT_NOT_FOUND;
    }

获取和设置

    @Override
    public E get(int index) {
        return node(index).element;
    }

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

2 双向链表

基本的

public class LinkedList<E> extends AbstractList<E> {
    private Node<E> first;
    private Node<E> last;

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

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

        @Override
        public String toString() {
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            if (prev != null) {
                sb.append(prev.element);
            } else {
                sb.append("null");
            }
            sb.append("_").append(element).append("_");
            if (next != null) {
                sb.append(next.element);
            } else {
                sb.append("null");
            }
            return sb.toString();
        }
    }

    @Override
    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);
            node = node.next;
        }
        string.append("]");
        return string.toString();
    }
}

2.1 获取索引位置的节点

类似二分查找，

位于前面的元素从头节点开始查往中间查找,

位于后面的元素从尾部开始查往中间查找.

    private Node<E> node(int index) {
        rangeCheck(index);
        if (index < (size >> 1)) {
            Node<E> node = first;
            for (int i = 0; i < index; i++) {
                node = node.next;
            }
            return node;
        } else {
            Node<E> node = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--) {
                node = node.prev;
            }
            return node;
        }
    }

2.2 clear

    @Override
    public void clear() {
        size = 0;
        first = null;
        last = null;
    }

2.3 add

    @Override
    public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index);
        // size == 0
        // index == 0
        if (index == size) { // 往最后面添加元素
            Node<E> oldLast = last;
            last = new Node<>(oldLast, element, null);
            if (oldLast == null) { // 这是链表添加的第一个元素
                first = last;
            } else {
                oldLast.next = last;
            }
        } else {
            Node<E> next = node(index);
            Node<E> prev = next.prev;
            Node<E> node = new Node<>(prev, element, next);
            next.prev = node;
            if (prev == null) { // index == 0
                first = node;
            } else {
                prev.next = node;
            }
        }
        size++;
    }

3 单向循环链表

图示

只有一个节点

3.1

基础代码参考单向链表
只要改造add和remove就可以使单向链表成为单向循环链表

3.2 add

改造点，因为是单向循环，所以要考虑的情形是往索引0添加节点，其他的位置跟单向链表一样。

	@Override
	public void add(int index, E element) {
		rangeCheckForAdd(index);
		
		if (index == 0) {
			Node<E> newFirst = new Node<>(element, first);
			// 拿到最后一个节点
			Node<E> last = (size == 0) ? newFirst : node(size - 1);
			last.next = newFirst;
			first = newFirst;
		} else {
			Node<E> prev = node(index - 1);
			prev.next = new Node<>(element, prev.next);
		}
		size++;
	}

3.3 remove

同理

	@Override
	public E remove(int index) {
		rangeCheck(index);
		Node<E> node = first;
		if (index == 0) {
			if (size == 1) {
				first = null;
			} else {
				Node<E> last = node(size - 1);
				first = first.next;
				last.next = first;
			}
		} else {
			Node<E> prev = node(index - 1);
			node = prev.next;
			prev.next = node.next;
		}
		size--;
		return node.element;
	}

4 双向循坏链表