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单链表
什么是单链表，链式存储结构详解
链表，别名链式存储结构或单链表，用于存储逻辑关系为 “一对一” 的数据。与顺序表不同，链表不限制数据的物理存储状态，换句话说，使用链表存储的数据元素，其物理存储位置是随机的。
例如，使用链表存储 {1,2,3}，数据的物理存储状态如图 1 所示：
我们看到，图 1 根本无法体现出各数据之间的逻辑关系。对此，链表的解决方案是，每个数据元素在存储时都配备一个指针，用于指向自己的直接后继元素。如图 2 所示：
像图 2 这样，数据元素随机存储，并通过指针表示数据之间逻辑关系的存储结构就是链式存储结构。
链表的节点
链表中每个数据的存储都由以下两部分组成：
- 数据元素本身，其所在的区域称为数据域；
- 指向直接后继元素的指针，所在的区域称为指针域；
即链表中存储各数据元素的结构如图 3 所示：
图 3 所示的结构在链表中称为节点。也就是说，链表实际存储的是一个一个的节点，真正的数据元素包含在这些节点中，如图 4 所示：
头节点，头指针和首元节点
其实，图 4 所示的链表结构并不完整。一个完整的链表需要由以下几部分构成：
- 头指针（含义同下问的辅助指针）：一个普通的指针，它的特点是永远指向链表第一个节点的位置。很明显，头指针用于指明链表的位置，便于后期找到链表并使用表中的数据；
- 节点：链表中的节点又细分为头节点、首元节点和其他节点：
头节点：其实就是一个不存任何数据的空节点，通常作为链表的第一个节点。对于链表来说，头节点不是必须的，它的作用只是为了方便解决某些实际问题；
首元节点：由于头节点（也就是空节点）的缘故，链表中称第一个存有数据的节点为首元节点。首元节点只是对链表中第一个存有数据节点的一个称谓，没有实际意义；
其他节点：链表中其他的节点；
因此，一个存储 {1,2,3} 的完整链表结构如图 5 所示：
注意：链表中有头节点时，头指针指向头节点；反之，若链表中没有头节点，则头指针指向首元节点。
单链表的实现
使用带 head 头的单向链表实现：王者荣耀英雄排行榜管理完成对英雄人物的增删改查操作。
1.尾部添加新节点
思路分析
- 首先要定义一个节点类，每个节点存放俩部分内容，数据域和指针域。
- 节点的数据域部分存放人物编号、姓名、外号。节点的指针域指向下一个节点。
- 编写构造器初始化数据域内容，为了显示方便，需要重写toString方法。
- 定义单向链表类，初始化一个头节点，整型数据初始化为0，字符类型数据初始化为空字符。注意：头节点不存放数据，作用就是表示单链表的头。
- 定义节点添加的方法，思路：(1)找到当前链表的最后节点，注意先判断链表是否为空。(2)将最后的节点next指向新节点，完成尾部添加。
- 定义显示链表方法，通过遍历输出节点的数据域。
代码实现
public class SingleLinkedListDemo {
public static void main(String[] args) {
//代码测试
//先创建几个节点
HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "铠", "绛天战甲");
HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "瑶妹", "遇见神鹿");
HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吕布", "天魔缭乱");
HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "貂蝉", "仲夏夜之梦");
//创建一个链表
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
//加入
singleLinkedList.add(hero1);
singleLinkedList.add(hero2);
singleLinkedList.add(hero3);
singleLinkedList.add(hero4);
//显示
singleLinkedList.list();
}
}
//定义SingleLinkedList，管理英雄
class SingleLinkedList {
//先初始化一个头节点，头节点不要动
private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");
//添加节点到单向链表
//思路：当不考虑编号顺序时
//1. 找到当前链表最后的节点
//2. 将最后的节点next指向新的节点
public void add(HeroNode heroNode) {
//因为head节点不能动，因此我们需要一个辅助变量 temp
HeroNode temp = head;
//遍历链表，找到最后
while (true) {
//当找到链表的最后时，temp.next==null
if (temp.next == null) {
break;
}
temp = temp.next; //如果没有找到最后，将temp后移
}
//当推出while循环时，temp就指向了链表的最后，然后让它指向新的节点。
temp.next = heroNode;
}
//显示链表【遍历】
public void list() {
//判断是否为空
if (head.next == null) {
System.out.println("链表为空！！！");
return;
}
//因为头节点不可以动，因此需要一个辅助变量来遍历
HeroNode temp = head.next;
while (true) {
//判断指针是否指向最后
if (temp == null) {
break;
}
//输出节点信息
System.out.println(temp);
//将temp后移，一定后移！！！
temp = temp.next;
}
}
}
//定义一个HeroNode，每个HeroNode对象就是一个节点
class HeroNode {
public int no;
public String name;
public String nickname;
public HeroNode next; //指向下一个节点
// 构造器
public HeroNode(int No, String Name, String Nickname) {
this.no = No;
this.name = Name;
this.nickname = Nickname;
}
// 为了显示方便，重写 toString 方法
@Override
public String toString() {
return "HeroNode{" +
"no=" + no +
", name='" + name + '\'' +
", nickname='" + nickname + '\'' +
'}';
}
}
运行结果：
HeroNode{no=1, name='铠', nickname='绛天战甲'}
HeroNode{no=2, name='瑶妹', nickname='遇见神鹿'}
HeroNode{no=3, name='吕布', nickname='天魔缭乱'}
HeroNode{no=4, name='貂蝉', nickname='仲夏夜之梦'}
Process finished with exit code 0
注意事项
- 1.由于头节点不能动，所以在遍历的时候需要一个辅助变量，或者说是辅助指针，进行指针移动。
- 2.注意代码中俩次遍历链表时辅助指针的初始化区别。第一次遍历是在添加节点时找到链表最后节点，辅助指针是直接将head节点指针赋给它，是因为在最后节点的指针指向新节点之前，必须将先将该指针指向空；第二次遍历是在显示链表各个节点数据域的时候，而这次辅助指针的初始化和第一次不一样，是直接将头节点的下一个节点赋值给辅助指针，原因是头节点无数据域，所以显示数据需从含有第一个数据域的节点开始。
- 3.由于在代码中想要将节点的数据域输出，所以在节点类当要重写内置的toString方法。
2.按照编号插入新节点
思路分析
- 首先要定义一个节点类，每个节点存放俩部分内容，数据域和指针域。
- 节点的数据域部分存放人物编号、姓名、外号。节点的指针域指向下一个节点。
- 编写构造器初始化数据域内容，为了显示方便，需要重写toString方法。
- 定义单向链表类，初始化一个头节点，整型数据初始化为0，字符类型数据初始化为空字符。注意：头节点不存放数据，作用就是表示单链表的头。通过辅助指针找到新添加节点的位置，
- 定义节点插入的方法，使用辅助指针找到要插入位置的前一个位置，然后将新结点指向该位置的下一个节点，该位置的指针域指向新节点。
- 定义显示链表方法，通过遍历输出节点的数据域。
代码实现
代码和上述尾部添加法一样，只是多写了一个插入的方法。
public class SingleLinkedListDemo {
public static void main(String[] args) {
//代码测试
//先创建几个节点
HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "铠", "绛天战甲");
HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "瑶妹", "遇见神鹿");
HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吕布", "天魔缭乱");
HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "貂蝉", "仲夏夜之梦");
//创建一个链表
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
//插入节点，按照编号的顺序
singleLinkedList.addByOrder(hero1);
singleLinkedList.addByOrder(hero4);
singleLinkedList.addByOrder(hero2);
singleLinkedList.addByOrder(hero3);
singleLinkedList.addByOrder(hero3);
//显示
singleLinkedList.list();
}
}
//定义SingleLinkedList，管理英雄
class SingleLinkedList {
//先初始化一个头节点，头节点不要动
private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");
//添加节点到单向链表
//思路：当不考虑编号顺序时
//1. 找到当前链表最后的节点
//2. 将最后的节点next指向新的节点
public void add(HeroNode heroNode) {
//因为head节点不能动，因此我们需要一个辅助变量 temp
HeroNode temp = head;
//遍历链表，找到最后
while (true) {
//当找到链表的最后时，temp.next==null
if (temp.next == null) {
break;
}
temp = temp.next; //如果没有找到最后，将temp后移
}
//当推出while循环时，temp就指向了链表的最后，然后让它指向新的节点。
temp.next = heroNode;
}
//第二种方式添加英雄，根据排名编号插入（如果有这个排名，则添加失败，并给出提示）
public void addByOrder(HeroNode heroNode) {
//因为头节点不能动，因此我们仍然通过一个辅助指针（变量）来帮助找到添加的位置
//因为这是一个单链表，因此找的temp是位于添加位置的前一个节点，否则无法插入
HeroNode temp = head;
boolean flag = false; //flag标识添加的编号是否存在，默认为false
while (true) {
if (temp.next == null) { //说明temp已经在链表最后
break;
}
if (temp.next.no > heroNode.no) { //位置找到，在temp后面插入
break;
} else if (temp.next.no == heroNode.no) {
//说明希望添加的hero编号已经存在
flag = true; //说明编号存在
break;
}
temp = temp.next;
}
//判断flag的值
if (flag) {//不能添加，说明编号存在
System.out.printf("准备插入的英雄的编号 %d 已经存在，不能加入\n", heroNode.no);
} else {
//插入到链表中，temp的后面
heroNode.next = temp.next;
temp.next = heroNode;
}
}
//显示链表【遍历】
public void list() {
//判断是否为空
if (head.next == null) {
System.out.println("链表为空！！！");
return;
}
//因为头节点不可以动，因此需要一个辅助变量来遍历
HeroNode temp = head.next;
while (true) {
//判断指针是否指向最后
if (temp == null) {
break;
}
//输出节点信息
System.out.println(temp);
//将temp后移，一定后移！！！
temp = temp.next;
}
}
}
//定义一个HeroNode，每个HeroNode对象就是一个节点
class HeroNode {
public int no;
public String name;
public String nickname;
public HeroNode next; //指向下一个节点
// 构造器
public HeroNode(int No, String Name, String Nickname) {
this.no = No;
this.name = Name;
this.nickname = Nickname;
}
// 为了显示方便，重写 toString 方法
@Override
public String toString() {
return "HeroNode{" +
"no=" + no +
", name='" + name + '\'' +
", nickname='" + nickname + '\'' +
'}';
}
运行结果：
准备插入的英雄的编号 3 已经存在，不能加入
HeroNode{no=1, name='铠', nickname='绛天战甲'}
HeroNode{no=2, name='瑶妹', nickname='遇见神鹿'}
HeroNode{no=3, name='吕布', nickname='天魔缭乱'}
HeroNode{no=4, name='貂蝉', nickname='仲夏夜之梦'}
Process finished with exit code 0
注意事项
要注意的地方则是新添加的插入方法。
- 1.注意辅助指针要找的位置，必须是所要插入地方的前一个位置，如果辅助指针指向后一个位置，那么下一步操作则是新节点指向后面这个位置，再下一步操作，发现并没有前驱节点无法指向新节点，“链子”也就断了。
- 2.另外需要注意的一个地方是，在代码中，是以编号的形式进行排序插入，所以得知道原先链表是否已经有了该编号的数据，所以得先判断，正如代码中设立flag一举动。
- 3.在辅助指针循环遍历判断完成之后，要将新节点指向后一个节点，而且该位置前一个节点需指向新节点，以连接好链表。
3.按照编号修改节点信息
思路分析
在修改节点信息update方法中：同样第一步先判断链表是否位空，然后借助辅助节点进行遍历查询，找到要修改的节点位置，通过flag判断是否是要修改的节点，最后进行信息更新。
新增的修改节点方法如下图：
主函数中新增的代码测试部分如下图：
完整代码演示
public class SingleLinkedListDemo {
public static void main(String[] args) {
//代码测试
//先创建几个节点
HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "铠", "绛天战甲");
HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "瑶妹", "遇见神鹿");
HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吕布", "天魔缭乱");
HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "貂蝉", "仲夏夜之梦");
//创建一个链表
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
//加入
// singleLinkedList.add(hero1);
// singleLinkedList.add(hero2);
// singleLinkedList.add(hero3);
// singleLinkedList.add(hero4);
//插入节点，按照编号的顺序
singleLinkedList.addByOrder(hero1);
singleLinkedList.addByOrder(hero4);
singleLinkedList.addByOrder(hero2);
singleLinkedList.addByOrder(hero3);
// singleLinkedList.addByOrder(hero3);
//显示
System.out.println("未修改的链表信息如下：");
singleLinkedList.list();
//测试修改节点的代码
HeroNode newHeroNode = new HeroNode(2, "花木兰", "麒麟志");
singleLinkedList.update(newHeroNode);
System.out.println("修改之后链表的信息如下：");
singleLinkedList.list();
}
}
//定义SingleLinkedList，管理英雄
class SingleLinkedList {
//先初始化一个头节点，头节点不要动
private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");
//添加节点到单向链表
//思路：当不考虑编号顺序时
//1. 找到当前链表最后的节点
//2. 将最后的节点next指向新的节点
public void add(HeroNode heroNode) {
//因为head节点不能动，因此我们需要一个辅助变量 temp
HeroNode temp = head;
//遍历链表，找到最后
while (true) {
//当找到链表的最后时，temp.next==null
if (temp.next == null) {
break;
}
temp = temp.next; //如果没有找到最后，将temp后移
}
//当推出while循环时，temp就指向了链表的最后，然后让它指向新的节点。
temp.next = heroNode;
}
//第二种方式添加英雄，根据排名编号插入（如果有这个排名，则添加失败，并给出提示）
public void addByOrder(HeroNode heroNode) {
//因为头节点不能动，因此我们仍然通过一个辅助指针（变量）来帮助找到添加的位置
//因为这是一个单链表，因此找的temp是位于添加位置的前一个节点，否则无法插入
HeroNode temp = head;
boolean flag = false; //flag标识添加的编号是否存在，默认为false
while (true) {
if (temp.next == null) { //说明temp已经在链表最后
break;
}
if (temp.next.no > heroNode.no) { //位置找到，在temp后面插入
break;
} else if (temp.next.no == heroNode.no) {
//说明希望添加的hero编号已经存在
flag = true; //说明编号存在
break;
}
temp = temp.next;
}
//判断flag的值
if (flag) {//不能添加，说明编号存在
System.out.printf("准备插入的英雄的编号 %d 已经存在，不能加入\n", heroNode.no);
} else {
//插入到链表中，temp的后面
heroNode.next = temp.next;
temp.next = heroNode;
}
}
//修改节点的信息，根据no编号来修改，即no编号不能修改，如果编号修改，则可视为添加节点操作。
//根据 newHeroNode 的 no编号 来修改即可
public void update(HeroNode newHeroNode) {
//判断是否为空
if (head.next == null) {
System.out.println("链表为空！！！");
return;
}
//通过辅助指针找到需要修改的节点
HeroNode temp = head.next;
Boolean flag = false; //表示是否找到该节点
while (true) {
if (temp == null) { //表示遍历链表完了，到最后了。
break;
}
if (temp.no == newHeroNode.no) { //已经找到索要修改的编号位置节点
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
//根据flag判断是否找到要修改的节点
if (flag) {
temp.name = newHeroNode.name;
temp.nickname = newHeroNode.nickname;
} else { //没有找到该节点的情况
System.out.printf("没有找到编号为%d的节点\n", newHeroNode.no);
}
}
//显示链表【遍历】
public void list() {
//判断是否为空
if (head.next == null) {
System.out.println("链表为空！！！");
return;
}
//因为头节点不可以动，因此需要一个辅助变量来遍历
HeroNode temp = head.next;
while (true) {
//判断指针是否指向最后
if (temp == null) {
break;
}
//输出节点信息
System.out.println(temp);
//将temp后移，一定后移！！！
temp = temp.next;
}
}
}
//定义一个HeroNode，每个HeroNode对象就是一个节点
class HeroNode {
public int no;
public String name;
public String nickname;
public HeroNode next; //指向下一个节点
// 构造器
public HeroNode(int No, String Name, String Nickname) {
this.no = No;
this.name = Name;
this.nickname = Nickname;
}
// 为了显示方便，重写 toString 方法
@Override
public String toString() {
return "HeroNode{" +
"no=" + no +
", name='" + name + '\'' +
", nickname='" + nickname + '\'' +
'}';
}
}
运行结果：
未修改的链表信息如下：
HeroNode{no=1, name='铠', nickname='绛天战甲'}
HeroNode{no=2, name='瑶妹', nickname='遇见神鹿'}
HeroNode{no=3, name='吕布', nickname='天魔缭乱'}
HeroNode{no=4, name='貂蝉', nickname='仲夏夜之梦'}
修改之后链表的信息如下：
HeroNode{no=1, name='铠', nickname='绛天战甲'}
HeroNode{no=2, name='花木兰', nickname='麒麟志'}
HeroNode{no=3, name='吕布', nickname='天魔缭乱'}
HeroNode{no=4, name='貂蝉', nickname='仲夏夜之梦'}
Process finished with exit code 0
4.删除节点
思路分析
删除节点的重点：
- 1.辅助指针所要指向的位置：待删除节点的前一个位置。
- 2.temp.next = temp.next.next
代码演示
新增的删除节点方法如下图：
主函数中新增的测试代码如下图：
public class SingleLinkedListDemo {
public static void main(String[] args) {
//代码测试
//先创建几个节点
HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "铠", "绛天战甲");
HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "瑶妹", "遇见神鹿");
HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吕布", "天魔缭乱");
HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "貂蝉", "仲夏夜之梦");
//创建一个链表
SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();
//加入
// singleLinkedList.add(hero1);
// singleLinkedList.add(hero2);
// singleLinkedList.add(hero3);
// singleLinkedList.add(hero4);
//插入节点，按照编号的顺序
singleLinkedList.addByOrder(hero1);
singleLinkedList.addByOrder(hero4);
singleLinkedList.addByOrder(hero2);
singleLinkedList.addByOrder(hero3);
// singleLinkedList.addByOrder(hero3);
//显示
System.out.println("未修改的链表信息如下：");
singleLinkedList.list();
//测试修改节点的代码
HeroNode newHeroNode = new HeroNode(2, "花木兰", "麒麟志");
singleLinkedList.update(newHeroNode);
System.out.println("修改之后链表的信息如下：");
singleLinkedList.list();
//删除节点
singleLinkedList.del(1);
singleLinkedList.del(4);
singleLinkedList.del(2);
singleLinkedList.del(3);
System.out.println("删除第一个节点后链表的信息如下：");
singleLinkedList.list();
}
}
//定义SingleLinkedList，管理英雄
class SingleLinkedList {
//先初始化一个头节点，头节点不要动
private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");
//添加节点到单向链表
//思路：当不考虑编号顺序时
//1. 找到当前链表最后的节点
//2. 将最后的节点next指向新的节点
public void add(HeroNode heroNode) {
//因为head节点不能动，因此我们需要一个辅助变量 temp
HeroNode temp = head;
//遍历链表，找到最后
while (true) {
//当找到链表的最后时，temp.next==null
if (temp.next == null) {
break;
}
temp = temp.next; //如果没有找到最后，将temp后移
}
//当推出while循环时，temp就指向了链表的最后，然后让它指向新的节点。
temp.next = heroNode;
}
//第二种方式添加英雄，根据排名编号插入（如果有这个排名，则添加失败，并给出提示）
public void addByOrder(HeroNode heroNode) {
//因为头节点不能动，因此我们仍然通过一个辅助指针（变量）来帮助找到添加的位置
//因为这是一个单链表，因此找的temp是位于添加位置的前一个节点，否则无法插入
HeroNode temp = head;
boolean flag = false; //flag标识添加的编号是否存在，默认为false
while (true) {
if (temp.next == null) { //说明temp已经在链表最后
break;
}
if (temp.next.no > heroNode.no) { //位置找到，在temp后面插入
break;
} else if (temp.next.no == heroNode.no) {
//说明希望添加的hero编号已经存在
flag = true; //说明编号存在
break;
}
temp = temp.next;
}
//判断flag的值
if (flag) {//不能添加，说明编号存在
System.out.printf("准备插入的英雄的编号 %d 已经存在，不能加入\n", heroNode.no);
} else {
//插入到链表中，temp的后面
heroNode.next = temp.next;
temp.next = heroNode;
}
}
//修改节点的信息，根据no编号来修改，即no编号不能修改，如果编号修改，则可视为添加节点操作。
//根据 newHeroNode 的 no编号 来修改即可
public void update(HeroNode newHeroNode) {
//判断是否为空
if (head.next == null) {
System.out.println("链表为空！！！");
return;
}
//通过辅助指针找到需要修改的节点
HeroNode temp = head.next;
Boolean flag = false; //表示是否找到该节点
while (true) {
if (temp == null) { //表示遍历链表完了，到最后了。
break;
}
if (temp.no == newHeroNode.no) { //已经找到索要修改的编号位置节点
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
//根据flag判断是否找到要修改的节点
if (flag) {
temp.name = newHeroNode.name;
temp.nickname = newHeroNode.nickname;
} else { //没有找到该节点的情况
System.out.printf("没有找到编号为%d的节点\n", newHeroNode.no);
}
}
//删除节点的代码
//思路：
//1. head 节点不能动，还是需要一个temp辅助节点找到待删除节点的前一个节点。
//2. 在比较时，是让temp.next.no 和 需要删除的节点.no 进行比较
public void del(int no) {
HeroNode temp = head;
Boolean flag = false; //表示是否找到待删除节点的前一个节点
while (true) {
if (temp.next == null) { //已经遍历到最后了
break;
}
if (temp.next.no == no) { //找到要删除节点的前一个节点编号
flag = true;
break;
}
temp = temp.next;
}
if (flag) { //找到，可以删除了
temp.next = temp.next.next;
} else {
System.out.printf("要删除的节点%d不存在\n", no);
}
}
//显示链表【遍历】
public void list() {
//判断是否为空
if (head.next == null) {
System.out.println("链表为空！！！");
return;
}
//因为头节点不可以动，因此需要一个辅助变量来遍历
HeroNode temp = head.next;
while (true) {
//判断指针是否指向最后
if (temp == null) {
break;
}
//输出节点信息
System.out.println(temp);
//将temp后移，一定后移！！！
temp = temp.next;
}
}
}
//定义一个HeroNode，每个HeroNode对象就是一个节点
class HeroNode {
public int no;
public String name;
public String nickname;
public HeroNode next; //指向下一个节点
// 构造器
public HeroNode(int No, String Name, String Nickname) {
this.no = No;
this.name = Name;
this.nickname = Nickname;
}
// 为了显示方便，重写 toString 方法
@Override
public String toString() {
return "HeroNode{" +
"no=" + no +
", name='" + name + '\'' +
", nickname='" + nickname + '\'' +
'}';
}
}
运行结果：
未修改的链表信息如下：
HeroNode{no=1, name='铠', nickname='绛天战甲'}
HeroNode{no=2, name='瑶妹', nickname='遇见神鹿'}
HeroNode{no=3, name='吕布', nickname='天魔缭乱'}
HeroNode{no=4, name='貂蝉', nickname='仲夏夜之梦'}
修改之后链表的信息如下：
HeroNode{no=1, name='铠', nickname='绛天战甲'}
HeroNode{no=2, name='花木兰', nickname='麒麟志'}
HeroNode{no=3, name='吕布', nickname='天魔缭乱'}
HeroNode{no=4, name='貂蝉', nickname='仲夏夜之梦'}
删除第一个节点后链表的信息如下：
链表为空！！！
Process finished with exit code 0
注意事项
- 1.由于是单链表，通过辅助指针要找的是被删除节点的前一个节点，否则无法删除节点。
- 2.被删除的节点，没有任何引用会指向它，会被Java的垃圾回收机制回收掉。