数据结构Java实现03----单向链表

时间：2015-08-26 21:56:42 阅读：203 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

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文本主要内容：

链表结构
单链表代码实现
单链表的效率分析

一、链表结构：

概念：

　　链式存储结构是基于指针实现的。我们把一个数据元素和一个指针称为结点。

　　　　数据域：存数数据元素信息的域。

　　　　指针域：存储直接后继位置的域。

　　链式存储结构是用指针把相互直接关联的结点（即直接前驱结点或直接后继结点）链接起来。链式存储结构的线性表称为链表。

链表类型：

　　根据链表的构造方式的不同可以分为：

单向链表
单向循环链表
双向循环链表

二、单链表：

概念：

链表的每个结点中只包含一个指针域，叫做单链表（即构成链表的每个结点只有一个指向直接后继结点的指针）

单链表中每个结点的结构：

1、头指针和头结点：

单链表有带头结点结构和不带头结点结构两种。

“链表中第一个结点的存储位置叫做头指针”，如果链表有头结点，那么头指针就是指向头结点的指针。

头指针所指的不存放数据元素的第一个结点称作头结点（头结点指向首元结点）。头结点的数据域一般不放数据（当然有些情况下也可存放链表的长度、用做监视哨等）

存放第一个数据元素的结点称作第一个数据元素结点，或称首元结点。

如下图所示：

不带头结点的单链表如下：

带头结点的单链表如下图：

关于头指针和头结点的概念区分，可以参考如下博客：

http://blog.csdn.net/hitwhylz/article/details/12305021

2、不带头结点的单链表的插入操作：

上图中，是不带头结点的单链表的插入操作。如果我们在非第一个结点前进行插入操作，只需要a(i-1)的指针域指向s，然后将s的指针域指向a(i)就行了；如果我们在第一个结点前进行插入操作，头指针head就要等于新插入结点s，这和在非第一个数据元素结点前插入结点时的情况不同。另外，还有一些不同情况需要考虑。

因此，算法对这两种情况就要分别设计实现方法。

3、带头结点的单链表的插入操作：（操作统一，推荐）

上图中，如果采用带头结点的单链表结构，算法实现时，p指向头结点，改变的是p指针的next指针的值（改变头结点的指针域），而头指针head的值不变。

因此，算法实现方法比较简单，其操作与对其它结点的操作统一。

问题1：头结点的好处：

　　头结点即在链表的首元结点之前附设的一个结点，该结点的数据域中不存储线性表的数据元素，其作用是为了对链表进行操作时，可以对空表、非空表的情况以及对首元结点进行统一处理，编程更方便。

问题2：如何表示空表：

　　无头结点时，当头指针的值为空时表示空表；
　　有头结点时，当头结点的指针域为空时表示空表。

如下图所示：

技术分享

问题3：头结点的数据域内装的是什么？

头结点的数据域可以为空，也可存放线性表长度等附加信息，但此结点不能计入链表长度值。

三、单项链表的代码实现：

1、结点类：

单链表是由一个一个结点组成的，因此，要设计单链表类，必须先设计结点类。结点类的成员变量有两个：一个是数据元素，另一个是表示下一个结点的对象引用（即指针）。

步骤如下：

（1）头结点的构造（设置指针域即可）

（2）非头结点的构造

（3）获得当前结点的指针域

（4）获得当前结点数据域的值

（5）设置当前结点的指针域

（6）设置当前结点数据域的值

注：类似于get和set方法，成员变量是数据域和指针域。

代码实现：

(1)List.java:（链表本身也是线性表，只不过物理存储上不连续）

//线性表接口
public interface List {
    //获得线性表长度
    public int size();

    //判断线性表是否为空
    public boolean isEmpty();

    //插入元素
    public void insert(int index, Object obj) throws Exception;

    //删除元素
    public void delete(int index) throws Exception;

    //获取指定位置的元素
    public Object get(int index) throws Exception;
}

(2)Node.java:结点类

//结点类
public class Node {

    Object element; //数据域
    Node next;  //指针域

    //头结点的构造方法
    public Node(Node nextval) {
        this.next = nextval;
    }

    //非头结点的构造方法
    public Node(Object obj, Node nextval) {
        this.element = obj;
        this.next = nextval;
    }

    //获得当前结点的指针域
    public Node getNext() {
        return this.next;
    }

    //获得当前结点数据域的值
    public Object getElement() {
        return this.element;
    }
    //设置当前结点的指针域
    public void setNext(Node nextval) {
        this.next = nextval;
    }

    //设置当前结点数据域的值
    public void setElement(Object obj) {
        this.element = obj;
    }

    public String toString() {
        return this.element.toString();
    }
}

2、单链表类：

单链表类的成员变量至少要有两个：一个是头指针，另一个是单链表中的数据元素个数。但是，如果再增加一个表示单链表当前结点位置的成员变量，则有些成员函数的设计将更加方便。

代码实现：

(3)LinkList.java:单向链表类(核心代码)

 1 //单向链表类
 2 public class LinkList implements List {
 3 
 4     Node head; //头指针
 5     Node current;//当前结点对象
 6     int size;//结点个数
 7     
 8     //初始化一个空链表
 9     public LinkList()
10     {
11         //初始化头结点，让头指针指向头结点。并且让当前结点对象等于头结点。
12         this.head = current = new Node(null);
13         this.size =0;//单向链表，初始长度为零。
14     }
15     
16     //定位函数，实现当前操作对象的前一个结点，也就是让当前结点对象定位到要操作结点的前一个结点。
17     //比如我们要在a2这个节点之前进行插入操作，那就先要把当前节点对象定位到a1这个节点，然后修改a1节点的指针域
18     public void index(int index) throws Exception
19     {
20         if(index <-1 || index > size -1)
21         {
22           throw new Exception("参数错误！");    
23         }
24         //说明在头结点之后操作。
25         if(index==-1)    //因为第一个数据元素结点的下标是0，那么头结点的下标自然就是-1了。
26             return;
27         current = head.next;
28         int j=0;//循环变量
29         while(current != null&&j<index)
30         {
31             current = current.next;
32             j++;
33         }
34         
35     }    
36     
37     @Override
38     public void delete(int index) throws Exception {
39         // TODO Auto-generated method stub
40         //判断链表是否为空
41         if(isEmpty())
42         {
43             throw new Exception("链表为空，无法删除！");
44         }
45         if(index <0 ||index >size)
46         {
47             throw new Exception("参数错误！");
48         }
49         index(index-1);//定位到要操作结点的前一个结点对象。
50         current.setNext(current.next.next);
51         size--;
52     }
53 
54     @Override
55     public Object get(int index) throws Exception {
56         // TODO Auto-generated method stub
57         if(index <-1 || index >size-1)
58         {
59             throw new Exception("参数非法！");
60         }
61         index(index);
62         
63         return current.getElement();
64     }
65 
66     @Override
67     public void insert(int index, Object obj) throws Exception {
68         // TODO Auto-generated method stub
69         if(index <0 ||index >size)
70         {
71             throw new Exception("参数错误！");
72         }
73         index(index-1);//定位到要操作结点的前一个结点对象。
74         current.setNext(new Node(obj,current.next));
75         size++;
76     }
77 
78     @Override
79     public boolean isEmpty() {
80         // TODO Auto-generated method stub
81         return size==0;
82     }
83 
84     @Override
85     public int size() {
86         // TODO Auto-generated method stub
87         return this.size;
88     }
89     
90     
91 }

3、测试类：（单链表的应用）

使用单链表建立一个线性表，依次输入十个0-99之间的随机数，删除第5个元素，打印输出该线性表。

(4)Test.java:

 1 public class Test {
 2 
 3     public static void main(String[] args) throws Exception {
 4         // TODO Auto-generated method stub
 5         LinkList list = new LinkList();
 6         for (int i = 0; i < 10; i++) {
 7             int temp = ((int) (Math.random() * 100)) % 100;
 8             list.insert(i, temp);
 9             System.out.print(temp + " ");
10         }
11 
12         list.delete(4);
13         System.out.println("\n------删除第五个元素之后-------");
14         for (int i = 0; i < list.size; i++) {
15             System.out.print(list.get(i) + " ");
16         }
17     }
18 
19 }