Java数据结构-线性表之单链表LinkedList

线性表的链式存储结构，也称之为链式表，链表；链表的存储单元可以连续也可以不连续。
链表中的节点包含数据域和指针域，数据域为存储数据元素信息的域，指针域为存储直接后继位置（一般称为指针）的域。

注意一个头结点和头指针的区别：
头指针：

• 指向链表的第一个节点的指针，若链表有头结点，则是指向头结点的指针；
• 头指针具有标识作用，所以常用头指针作为链表的名字；
• 不论链表是否为空，头指针都不为空；
• 是链表的必要元素。

头结点：

• 头结点是为了操作的统一和方便而设立的，放在第一个元素节点的前面，其数据域一般无意义，也可以存放链表的长度；
• 头结点不是链表的必要元素。

这里先讲讲单链表吧，其他的后面再讲。
无头结点的链表

有头结点的链表

空链表

我试着用Java写了一个LinkedList的代码，如下：

package com.phn.datestructure;

/**
 * @author 潘海南
 * @Email [email protected]
 * @TODO 链式表
 * @date 2015年7月18日
 */
public class FOLinkedList<E> {
    //  单链表的头结点
    private FOLinkedNode<E> header = null;
    //  单链表的长度
    private int size;

    /**
     * @TODO 默认的无参构造函数
     */
    public FOLinkedList() {
        super();
        this.header = new FOLinkedNode<E>();
        this.setSize();
    }
    /**
     * @TODO 单链表添加元素
     * @param e 数据元素类型
     * @return true
     */
    public boolean add(E e) {
        FOLinkedNode<E> node = new FOLinkedNode<E>(e);
        if (header.getE() == null) {
            header.setE(e);
        } else {
            FOLinkedNode<E> lastNode = this.last(this.header);
            lastNode.addNext(node);
        }

        this.size++;
        return true;
    }
    /**
     * @TODO 单链表插入元素
     * @param index 插入位置
     * @param e 数据元素类型
     * @return true
     */
    public boolean insert(int index,E e) {
        FOLinkedNode<E> node = new FOLinkedNode<E>(e);
        FOLinkedNode<E> preNode = this.get(index - 1);
        node.addNext(preNode.next);
        preNode.addNext(node);
        this.size++;
        return true;
    }
    /**
     * @TODO 单链表删除元素
     * @param index 将要删除的元素的索引位置
     * @return E 删除的元素
     */
    public FOLinkedNode<E> remove(int index){
        FOLinkedNode<E> preNode = this.get(index-1);
        FOLinkedNode<E> node = preNode.next;
        preNode.addNext(preNode.next.next);
        node.addNext(null);
        this.size--;
        return node;
    }
    /**
     * @TODO 根据元素索引位置获取元素
     * @param index 元素的索引位置
     * @return E 元素e
     */
    public FOLinkedNode<E> get(int index) {
        validateIndex(index);
        FOLinkedNode<E> temp = this.header;
        int i = 0;
        while (i < index - 1) {
            if (temp != null) {
                temp = temp.next;
                i++;
            } else {
                throw new RuntimeException("节点空值错误");
            }
        }
        return temp;
    }
    /**
     * @TODO 将单链表中索引位置为i的元素修改为元素e
     * @param index 元素的索引位置
     * @param e 需要修改成的元素
     * @return true 修改成功标志
     */
    public boolean set(int index, E e){
        validateIndex(index);
        FOLinkedNode<E> oldNode = this.get(index);
        oldNode.setE(e);
        return true;
    }
    /**
     * @TODO 验证所给索引位置是否合法
     * @param index 给出的索引位置
     */
    private void validateIndex(int index) {
        if (index > this.size || index < 0) {
            throw new RuntimeException("索引错误：" + index);
        }
    }
    /**
     * @TODO 获取单链表的最后一个节点
     * @param header 单链表的头结点
     * @return node 单链表的最后一个节点
     */
    private FOLinkedNode<E> last(FOLinkedNode<E> header) {
        FOLinkedNode<E> temp = header;
        while (true) {
            if (temp.next == null) {
                return temp;
            }
            temp = temp.next;
        }
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "[" + this.NodesToString(this.header) + "]";
    }
    /**
     * @TODO 设置单链表的长度
     * @param header 单链表的头结点
     * @return 单链表的节点字符串序列
     */
    private String NodesToString(FOLinkedNode<E> header) {
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        if (header != null) {
            sb.append(header.getE());
            FOLinkedNode<E> temp = new FOLinkedNode<E>();
            temp = header.next;
            while (temp != null) {
                sb.append(", " + temp.getE());
                temp = temp.next;
            }
        }

        return sb.toString();
    }
    /**
     * @TODO 设置单链表的长度
     */
    private void setSize() {
        this.size = 0;
    }
    /**
     * @TODO 获取单链表的长度
     * @return size 单链表的长度
     */
    public int size() {
        return this.size;
    }
}

节点类：

package com.phn.datestructure;
public class FOLinkedNode<E> {
        private E e;// 结点中存放的数据

        FOLinkedNode() {
        }

        FOLinkedNode(E e) {
            this.e = e;
        }

        FOLinkedNode<E> next;// 用来指向该结点的下一个结点

        // 设置下一节点的值
        void addNext(FOLinkedNode<E> node) {
            next = node;
        }

        public E getE() {
            return e;
        }

        public void setE(E e) {
            this.e = e;
        }

        @Override
        public String toString() {
            return "Node [e=" + e + ", next=" + next + "]";
        }

    }

这里也讲讲数据元素的插入和删除操作；
插入操作演示如下：



代码：

s->next = p->next;
p->next = s;

这里摘了《大话数据结构》的一段文字解释：

删除操作如下图：

一句代码：

p->next = p->next->next;

结合上述代码和图例，可以看出单链表的删除和插入操作都是由两部分组成：

1. 遍历查找到需要操作的位置的那个元素；
2. 然后进行插入和删除操作。

下面是摘自《大话数据结构》的分析：

单链表的整表创建
方法有头插法和尾插法；
头插法：相当于插队的方法。如下图

相对于头插法，尾插法更加合理一些。

单链表的整表删除
下面是摘自《大话数据结构》的分析：

下面比较一下单链表和顺序表：