Java數據結構之鏈表詳解

目錄

一、鏈表的介紹

什么是鏈表

鏈表是一種物理存儲單元上非連續、非順序的存儲結構，數據元素的邏輯順序是通過(guò)鏈表中的指針鏈接次序實(shí)現的。鏈表由一系列結點(diǎn)（鏈表中每一個(gè)元素稱(chēng)為結點(diǎn)）組成，結點(diǎn)可以在運行時(shí)動(dòng)態(tài)生成。每個(gè)結點(diǎn)包括兩個(gè)部分：一個(gè)是存儲數據元素的數據域，另一個(gè)是存儲下一個(gè)結點(diǎn)地址的指針域。 相比于線(xiàn)性表順序結構，操作復雜。由于不必須按順序存儲，鏈表在插入的時(shí)候可以達到O(1)的復雜度，比另一種線(xiàn)性表順序表快得多，但是查找一個(gè)節點(diǎn)或者訪(fǎng)問(wèn)特定編號的節點(diǎn)則需要O(n)的時(shí)間，而線(xiàn)性表和順序表相應的時(shí)間復雜度分別是O(logn)和O(1)。

鏈表和數組的比較

使用鏈表結構可以克服數組鏈表需要預先知道數據大小的缺點(diǎn)，鏈表結構可以充分利用計算機內存空間，實(shí)現靈活的內存動(dòng)態(tài)管理。但是鏈表失去了數組隨機讀取的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)鏈表由于增加了結點(diǎn)的指針域，空間開(kāi)銷(xiāo)比較大。鏈表最明顯的好處就是，常規數組排列關(guān)聯(lián)項目的方式可能不同于這些數據項目在記憶體或磁盤(pán)上順序，數據的存取往往要在不同的排列順序中轉換。鏈表允許插入和移除表上任意位置上的節點(diǎn)，但是不允許隨機存取。

一句話(huà)就是鏈表因為內存是動(dòng)態(tài)分配的所以添加和刪除快，但是查詢(xún)速度慢
數組因為有索引所以查找快，但是添加和刪除慢，因為每次都要創(chuàng )建新的數組

二、單鏈表的實(shí)現

單鏈表在內存中的情況：

單鏈表的示意圖：
每個(gè)節點(diǎn)包含data域和next域指向下一個(gè)節點(diǎn)

水滸里面的英雄好漢想必大家都聽(tīng)過(guò)，下面用一個(gè)帶head節點(diǎn)的鏈表來(lái)實(shí)現對水滸英雄排名的增刪改查操作來(lái)了解單鏈表的操作。

//英雄節點(diǎn)
public class HeroNode {
    public int no;//編號
    public String name;//名字
    public String nickname;//綽號
    HeroNode next;//下一個(gè)節點(diǎn)

    public HeroNode(int no, String name, String nickname) {
        this.no = no;
        this.name = name;
        this.nickname = nickname;
    }

    public int getNo() {
        return no;
    }

    public void setNo(int no) {
        this.no = no;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getNickname() {
        return nickname;
    }

    public void setNickname(String nickname) {
        this.nickname = nickname;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "HeroNode{" +
                "no=" + no +
                ", name='" + name + '\'' +
                ", nickname='" + nickname + '\'' +
                '}';
    }
}

//定義SingleLinkedList 管理好漢節點(diǎn)
class SingleLinkedList {
	//先初始化一個(gè)頭節點(diǎn), 頭節點(diǎn)不動(dòng), 不存放具體的數據
	private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");
	
	
	//返回頭節點(diǎn)
	public HeroNode getHead() {
		return head;
	}
	}

添加節點(diǎn)

不考慮好漢編號順序
思路分析

1.找到當前鏈表的最后節點(diǎn)

2.將最后這個(gè)節點(diǎn)的next 指向 新的節點(diǎn)

public void add(HeroNode heroNode) {
		
		//因為head節點(diǎn)不能動(dòng)，因此我們需要一個(gè)輔助節點(diǎn)遍歷鏈表
		HeroNode temp = head;
		//遍歷鏈表，找到最后
		while(true) {
			//找到鏈表的最后
			if(temp.next == null) {
				break;
			}
			//如果沒(méi)有找到最后, 將將temp后移
			temp = temp.next;
		}
		//當退出while循環(huán)時(shí)，temp就指向了鏈表的最后
		//將最后這個(gè)節點(diǎn)的next 指向 新的節點(diǎn)
		temp.next = heroNode;
	}

第二種方式考慮好漢編號順序，根據排名將好漢插入到指定位置(如果沒(méi)有這個(gè)排名，則添加失敗，并給出提示)

public void addByOrder(HeroNode heroNode) {
		//因為頭節點(diǎn)不能動(dòng)，因此我們仍然通過(guò)一個(gè)輔助指針(變量)來(lái)幫助找到添加的位置
		HeroNode temp = head;
		boolean flag = false; // flag標志添加的編號是否存在，默認為false
		while(true) {
			if(temp.next == null) {//說(shuō)明temp已經(jīng)在鏈表的最后
				break; 
			} 
			if(temp.next.no > heroNode.no) { //位置找到，就在temp的后面插入
				break;
			} else if (temp.next.no == heroNode.no) {//說(shuō)明希望添加的heroNode的編號已然存在
				
				flag = true; //說(shuō)明編號存在
				break;
			}
			temp = temp.next; //后移，遍歷當前鏈表
		}
		//判斷flag 的值
		if(flag) { //不能添加，說(shuō)明編號存在
			System.out.printf("準備插入的英雄的編號 %d 已經(jīng)存在了, 不能加入\n", heroNode.no);
		} else {
			//插入到鏈表中, temp的后面
			heroNode.next = temp.next;
			temp.next = heroNode;
		}
	}

修改節點(diǎn)

根據 newHeroNode 的 no 來(lái)修改

public void update(HeroNode newHeroNode) {
		//判斷是否空
		if(head.next == null) {
			System.out.println("鏈表為空~");
			return;
		}
		//找到需要修改的節點(diǎn), 根據no編號
		//定義一個(gè)輔助變量
		HeroNode temp = head.next;
		boolean flag = false; //表示是否找到該節點(diǎn)
		while(true) {
			if (temp == null) {
				break; //已經(jīng)遍歷完鏈表
			}
			if(temp.no == newHeroNode.no) {
				//找到
				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next;
		}
		//根據flag 判斷是否找到要修改的節點(diǎn)
		if(flag) {
			temp.name = newHeroNode.name;
			temp.nickname = newHeroNode.nickname;
		} else { //沒(méi)有找到
			System.out.printf("沒(méi)有找到 編號 %d 的節點(diǎn)，不能修改\n", newHeroNode.no);
		}
	}

刪除節點(diǎn)

根據 要刪除的 no 來(lái)刪除

public void delete(int no) {
		HeroNode temp = head;
		boolean flag = false; // 標志是否找到待刪除節點(diǎn)的
		while(true) {
			if(temp.next == null) { //已經(jīng)到鏈表的最后
				break;
			}
			if(temp.next.no == no) {
				//找到的待刪除節點(diǎn)的前一個(gè)節點(diǎn)temp
				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next; //temp后移，遍歷
		}
		//判斷flag
		if(flag) { //找到
			//可以刪除
			temp.next = temp.next.next;
		}else {
			System.out.printf("要刪除的 %d 節點(diǎn)不存在\n", no);
		}
	}
	

查找節點(diǎn)

根據 輸入的 no 來(lái)查找

public void search(int no) {
		HeroNode temp = head;
		boolean flag = false; // 標志是否找到節點(diǎn)
		while(true) {
			if(temp.next == null) { //已經(jīng)到鏈表的最后
				break;
			}
			if(temp.no == no) {
				//找到了該節點(diǎn)
				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next; //temp后移，遍歷
		}
		//判斷flag
		if(flag) { 
		//找到了該節點(diǎn)
		System.out.printf("要查找的 %d 節點(diǎn)是\n", temp);
		}else {
			System.out.printf("要查找的 %d 節點(diǎn)不存在\n", no);
		}
	}
	

遍歷鏈表

public void list() {
		//判斷鏈表是否為空
		if(head.next == null) {
			System.out.println("鏈表為空");
			return;
		}
		//因為頭節點(diǎn)，不能動(dòng)，因此我們需要一個(gè)輔助變量來(lái)遍歷
		HeroNode temp = head.next;
		while(true) {
			//判斷是否到鏈表最后
			if(temp == null) {
				break;
			}
			//輸出節點(diǎn)的信息
			System.out.println(temp);
			//將temp后移， 一定小心
			temp = temp.next;
		}
	}
}

測試：

public static void main(String[] args) {
		//先創(chuàng  )建節點(diǎn)
		HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及時(shí)雨");
		HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "盧俊義", "玉麒麟");
		HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吳用", "智多星");
		HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林沖", "豹子頭");
		SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
		singleLinkedList.add(hero1);
		singleLinkedList.add(hero4);
		singleLinkedList.add(hero2);
		singleLinkedList.add(hero3);
		singleLinkedList.list();
		System.out.println("刪除一個(gè)節點(diǎn)");
		singleLinkedList.del(3);
		singleLinkedList.update(new HeroNode(1,"宋江","義薄云天"));
		singleLinkedList.list();
		
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及時(shí)雨]
HeroNode [no=4, name=林沖, nickname=豹子頭]
HeroNode [no=2, name=盧俊義, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吳用, nickname=智多星]
刪除一個(gè)節點(diǎn)
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=義薄云天]
HeroNode [no=4, name=林沖, nickname=豹子頭]
HeroNode [no=2, name=盧俊義, nickname=玉麒麟]

三、雙向鏈表的實(shí)現

 雙向鏈表的介紹

雙向鏈表也叫雙鏈表，是鏈表的一種，它的每個(gè)數據結點(diǎn)中都有兩個(gè)指針，分別指向直接后繼和直接前驅。所以，從雙向鏈表中的任意一個(gè)結點(diǎn)開(kāi)始，都可以很方便地訪(fǎng)問(wèn)它的前驅結點(diǎn)和后繼結點(diǎn)。如下圖所示：

雙向鏈表的分析

單向鏈表查找的方向只有一個(gè)，而雙向鏈表可以向前或向后查找，實(shí)現雙向查找。
單向鏈表不能自我刪除，而雙向鏈表可以自我刪除。
我們依舊通過(guò)水滸英雄的例子來(lái)實(shí)現雙向鏈表的增刪改查操作。

// 定義HeroNode2 ， 每個(gè)HeroNode 對象就是一個(gè)節點(diǎn)
class HeroNode2 {
	public int no;
	public String name;
	public String nickname;
	public HeroNode2 next; // 指向下一個(gè)節點(diǎn), 默認為null
	public HeroNode2 pre; // 指向前一個(gè)節點(diǎn), 默認為null

	public HeroNode2(int no, String name, String nickname) {
		this.no = no;
		this.name = name;
		this.nickname = nickname;
	}

	@Override
	public String toString() {
		return "HeroNode [no=" + no + ", name=" + name + ", nickname=" + nickname + "]";
	}

}

// 創(chuàng  )建一個(gè)雙向鏈表的類(lèi)
class DoubleLinkedList {

	// 先初始化一個(gè)頭節點(diǎn), 頭節點(diǎn)不動(dòng), 不存放具體的數據
	private HeroNode2 head = new HeroNode2(0, "", "");

	// 返回頭節點(diǎn)
	public HeroNode2 getHead() {
		return head;
	}
}

遍歷鏈表

// 創(chuàng  )建一個(gè)雙向鏈表的類(lèi)
class DoubleLinkedList {

	// 先初始化一個(gè)頭節點(diǎn), 頭節點(diǎn)不動(dòng), 不存放具體的數據
	private HeroNode2 head = new HeroNode2(0, "", "");

	// 返回頭節點(diǎn)
	public HeroNode2 getHead() {
		return head;
	}
}

添加節點(diǎn)

public void add(HeroNode2 heroNode) {

		// 因為head節點(diǎn)不能動(dòng)，因此我們需要一個(gè)輔助遍歷 temp
		HeroNode2 temp = head;
		// 遍歷鏈表，找到最后
		while (true) {
			// 找到鏈表的最后
			if (temp.next == null) {//
				break;
			}
			// 如果沒(méi)有找到最后, 將將temp后移
			temp = temp.next;
		}
		// 當退出while循環(huán)時(shí)，temp就指向了鏈表的最后
		// 形成一個(gè)雙向鏈表
		temp.next = heroNode;
		heroNode.pre = temp;
	}

修改節點(diǎn)

public void update(HeroNode2 newHeroNode) {
		// 判斷是否空
		if (head.next == null) {
			System.out.println("鏈表為空~");
			return;
		}
		// 找到需要修改的節點(diǎn), 根據no編號
		// 定義一個(gè)輔助變量
		HeroNode2 temp = head.next;
		boolean flag = false; // 表示是否找到該節點(diǎn)
		while (true) {
			if (temp == null) {
				break; // 已經(jīng)遍歷完鏈表
			}
			if (temp.no == newHeroNode.no) {
				// 找到
				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next;
		}
		// 根據flag 判斷是否找到要修改的節點(diǎn)
		if (flag) {
			temp.name = newHeroNode.name;
			temp.nickname = newHeroNode.nickname;
		} else { // 沒(méi)有找到
			System.out.printf("沒(méi)有找到 編號 %d 的節點(diǎn)，不能修改\n", newHeroNode.no);
		}
	}

刪除節點(diǎn)

// 1 對于雙向鏈表，我們可以直接找到要刪除的這個(gè)節點(diǎn)
	// 2 找到后，自我刪除即可
	public void del(int no) {

		// 判斷當前鏈表是否為空
		if (head.next == null) {// 空鏈表
			System.out.println("鏈表為空，無(wú)法刪除");
			return;
		}

		HeroNode2 temp = head.next; // 輔助變量(指針)
		boolean flag = false; // 標志是否找到待刪除節點(diǎn)的
		while (true) {
			if (temp == null) { // 已經(jīng)到鏈表的最后
				break;
			}
			if (temp.no == no) {
				// 找到的待刪除節點(diǎn)的前一個(gè)節點(diǎn)temp
				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next; // temp后移，遍歷
		}
		// 判斷flag
		if (flag) { // 找到
			// 可以刪除
			// temp.next = temp.next.next;[單向鏈表]
			temp.pre.next = temp.next;
			// 這里我們的代碼有問(wèn)題?
			// 如果是最后一個(gè)節點(diǎn)，就不需要執行下面這句話(huà)，否則出現空指針
			if (temp.next != null) {
				temp.next.pre = temp.pre;
			}
		} else {
			System.out.printf("要刪除的 %d 節點(diǎn)不存在\n", no);
		}
	}

測試

public static void main(String[] args) {
        // 測試
        System.out.println("雙向鏈表的測試");
        // 先創(chuàng  )建節點(diǎn)
        HeroNode2 hero1 = new HeroNode2(1, "宋江", "及時(shí)雨");
        HeroNode2 hero2 = new HeroNode2(2, "盧俊義", "玉麒麟");
        HeroNode2 hero3 = new HeroNode2(3, "吳用", "智多星");
        HeroNode2 hero4 = new HeroNode2(4, "林沖", "豹子頭");
        // 創(chuàng  )建一個(gè)雙向鏈表
        DoubleLinkedList doubleLinkedList = new DoubleLinkedList();
        doubleLinkedList.add(hero1);
        doubleLinkedList.add(hero2);
        doubleLinkedList.add(hero3);
        doubleLinkedList.add(hero4);

        doubleLinkedList.list();

        // 修改
        HeroNode2 newHeroNode = new HeroNode2(4, "公孫勝", "入云龍");
        doubleLinkedList.update(newHeroNode);
        System.out.println("修改后的鏈表情況");
        doubleLinkedList.list();

        // 刪除
        doubleLinkedList.del(3);
        System.out.println("刪除后的鏈表情況~~");
        doubleLinkedList.list();
}

雙向鏈表的測試
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及時(shí)雨]
HeroNode [no=2, name=盧俊義, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吳用, nickname=智多星]
HeroNode [no=4, name=林沖, nickname=豹子頭]
修改后的鏈表情況
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及時(shí)雨]
HeroNode [no=2, name=盧俊義, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吳用, nickname=智多星]
HeroNode [no=4, name=公孫勝, nickname=入云龍]
刪除后的鏈表情況~~
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及時(shí)雨]
HeroNode [no=2, name=盧俊義, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=4, name=公孫勝, nickname=入云龍]

四、循環(huán)鏈表的實(shí)現

 循環(huán)鏈表介紹

循環(huán)鏈表是另一種形式的鏈式存儲結構。它的特點(diǎn)是表中最后一個(gè)結點(diǎn)的指針域指向頭結點(diǎn)，整個(gè)鏈表形成一個(gè)環(huán)。

循環(huán)鏈表實(shí)現

public class LoopLinkedList {
     Node head;//頭結點(diǎn)
     Node tail;//尾結點(diǎn)
     int size;//鏈表大小

    public LoopLinkedList() {
        head=tail=null;
        size=0;
    }
    //鏈表大小
    public int getSize(){
        return size;
    }
    //頭部增加節點(diǎn)
    public void addInHead(Node node){
        if(size==0){
         node.setNext(node);
         head=tail=node;
         size++;
        }else {
            tail.setNext(node);
            node.setNext(head);
            head=node;
            size++;
        }
    }
    //尾部增加節點(diǎn)
    public void addInTail(Node node){
        if(size==0){
            node.setNext(node);
            head=tail=node;
            size++;
        }else {
            tail.setNext(node);
            node.setNext(head);
            tail=node;
            size++;
        }
    }
    //刪除頭部節點(diǎn)
    public void deleteHead(){
        if(size>1){
            //原來(lái)的head=null將會(huì )被自動(dòng)回收
            head=head.getNext();
            tail.setNext(head);
            size--;
        }else if(size==1){
            head=tail=null;
            size--;
        } else {
            System.out.println("鏈表為空");
        }
    }
    //刪除尾部節點(diǎn)
    public void deleteTail(){
        if(size>1){
            Node temp=head;
            //循環(huán)遍歷找到尾部節點(diǎn)
            while (temp.getNext()!=tail){
                temp=temp.getNext();
            }
            temp.setNext(head);
            size--;
        }else if(size==1){
            head=tail=null;
            size--;
        } else {
            System.out.println("鏈表為空");
        }
    }
    //遍歷節點(diǎn)
    public void traverse(){
        if(size==0)
            System.out.println("鏈表為空");
        Node temp=head;
        while (temp.getNext()!=head){
            System.out.print(temp.getData());
            System.out.print("--->");
            temp=temp.getNext();
        }
        System.out.print(temp.getData());
        System.out.print("--->");
        System.out.print(head.getData());
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        LoopLinkedList list = new LoopLinkedList();
        list.addInHead(new Node(1));
        list.addInHead(new Node(3));
        list.addInHead(new Node(4));
        list.addInTail(new Node(5));
        System.out.println(list.getSize());
        list.traverse();
        System.out.println();
        list.deleteHead();
        list.deleteTail();
        list.traverse();
    }
}
4
4--->3--->1--->5--->4
3--->1--->3

五，鏈表相關(guān)的面試題

求單鏈表中的有效節點(diǎn)個(gè)數

(如果是帶頭結點(diǎn)的鏈表，不統計頭節點(diǎn))

/**
	 * 
	 * @param head 鏈表的頭節點(diǎn)
	 * @return 返回的就是有效節點(diǎn)的個(gè)數
	 */
	public static int getLength(HeroNode head) {
		if(head.next == null) { //空鏈表
			return 0;
		}
		int length = 0;
		//定義一個(gè)輔助的變量, 這里我們沒(méi)有統計頭節點(diǎn)
		HeroNode cur = head.next;
		while(cur != null) {
			length++;
			cur = cur.next; //遍歷
		}
		return length;
	}

查找單鏈表中的倒數第k個(gè)結點(diǎn)

思路分析：

1.編寫(xiě)一個(gè)方法，接收head節點(diǎn)，同時(shí)接收一個(gè)indexindex

2.表示是倒數第index個(gè)節點(diǎn)

3.先把鏈表從頭到尾遍歷，得到鏈表的總的長(cháng)度 getLength

4.得到size 后，我們從鏈表的第一個(gè)開(kāi)始遍歷 (size-index)個(gè)，就可以得到

5.如果找到了，則返回該節點(diǎn)，否則返回null

public static HeroNode findLastIndexNode(HeroNode head, int index) {
		//判斷如果鏈表為空，返回null
		if(head.next == null) {
			return null;//沒(méi)有找到
		}
		//第一個(gè)遍歷得到鏈表的長(cháng)度(節點(diǎn)個(gè)數)
		int size = getLength(head);
		//第二次遍歷  size-index 位置，就是我們倒數的第K個(gè)節點(diǎn)
		//先做一個(gè)index的校驗
		if(index <=0 || index > size) {
			return null; 
		}
		//定義給輔助變量， for 循環(huán)定位到倒數的index
		HeroNode cur = head.next; //3 // 3 - 1 = 2
		for(int i =0; i< size - index; i++) {
			cur = cur.next;
		}
		return cur;
		
	}

將單鏈表反轉

如下所示：

思路分析：

代碼如下：

public static void reversetList(HeroNode head) {
		//如果當前鏈表為空，或者只有一個(gè)節點(diǎn)，無(wú)需反轉，直接返回
		if(head.next == null || head.next.next == null) {
			return ;
		}
		
		//定義一個(gè)輔助的指針(變量)，幫助我們遍歷原來(lái)的鏈表
		HeroNode cur = head.next;
		HeroNode next = null;// 指向當前節點(diǎn)[cur]的下一個(gè)節點(diǎn)
		HeroNode reverseHead = new HeroNode(0, "", "");
		//遍歷原來(lái)的鏈表，每遍歷一個(gè)節點(diǎn)，就將其取出，并放在新的鏈表reverseHead 的最前端
		while(cur != null) { 
			next = cur.next;//先暫時(shí)保存當前節點(diǎn)的下一個(gè)節點(diǎn)，因為后面需要使用
			cur.next = reverseHead.next;//將cur的下一個(gè)節點(diǎn)指向新的鏈表的最前端
			reverseHead.next = cur; //將cur 連接到新的鏈表上
			cur = next;//讓cur后移
		}
		//將head.next 指向 reverseHead.next , 實(shí)現單鏈表的反轉
		head.next = reverseHead.next;
	}

從尾到頭打印鏈表

方案1.先將鏈表反轉然后打印遍歷代碼如上所示

方案2.可以利用棧這個(gè)數據結構，將各個(gè)節點(diǎn)壓入到棧中，然后利用棧的先進(jìn)后出的特點(diǎn)，就實(shí)現了逆序打印的效果

public static void reversePrint(HeroNode head) {
		if(head.next == null) {
			return;//空鏈表，不能打印
		}
		//創(chuàng  )建一個(gè)棧，將各個(gè)節點(diǎn)壓入棧
		Stack<HeroNode> stack = new Stack<HeroNode>();
		HeroNode cur = head.next;
		//將鏈表的所有節點(diǎn)壓入棧
		while(cur != null) {
			stack.push(cur);
			cur = cur.next; //cur后移，這樣就可以壓入下一個(gè)節點(diǎn)
		}
		//將棧中的節點(diǎn)進(jìn)行打印,pop 出棧
		while (stack.size() > 0) {
			System.out.println(stack.pop()); //stack的特點(diǎn)是先進(jìn)后出
		}
	}

到此這篇關(guān)于Java數據結構之鏈表詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java鏈表內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！