#### Java之線性表的鏈式儲存——單鏈表 我們都知道，線性表的儲存結構分為兩種，**順序儲存結構和鏈式儲存結構**，線性表的分類可以參考下圖來學習記憶。今天我們主要來學習一下鏈式儲存結構。  #### 一、鏈式儲存介紹 "鏈式儲存結構，地址可以連續也可以不連續的儲存單元儲存資料元素"——來自定義。 其實，你可以想象這樣一個場景，你想找一個人（他的名字叫小譚）,於是你首先去問 A ， A 說他不知道，但是他說 B 可能知道，並告訴了你 B 在哪裡，於是你找到 B ，B 說他不知道，但是他說 C 可能知道，並告訴了你 C 的地址，於是你去找到 C ，C 真的知道小譚在何處。 **上面場景其實可以幫助我們去理解連結串列**，其實每一個連結串列都包含多個節點，節點又包含兩個部分，一個是資料域（儲存節點含有的資訊），一個是指標域（儲存下一個節點或者上一個節點的地址），而這個指標域就相當於你去問B，B知道C的地址，這個指標域就是存放的 C 的地址。 連結串列下面其實又細分了3種：*單鏈表、雙向連結串列和迴圈連結串列*。今天我們先講單鏈表。 #### 二、單鏈表介紹 什麼是單鏈表呢？單鏈表就是每一個節點只有一個指標域的連結串列。如下圖所示，就是一個帶頭節點的單鏈表。下面我們需要知道什麼是頭指標，頭節點和首元節點。  **頭指標：**指向連結串列節點的第一個節點的指標 **頭節點：**指在連結串列的首元節點之前附設的一個節點 **首元節點：**指在連結串列中儲存第一個實際資料元素的節點（比如上圖的 a1 節點） #### 三、單鏈表的建立 單鏈表的建立有兩種方式，分別是頭插法和尾插法。 #### 1、頭插法 頭插法，顧名思義就是把新元素插入到頭部的位置，每次新加的元素都作為連結串列的第一個節點。那麼頭插入法在Java中怎麼實現呢。首先我們需要定義一個節點，如下 ``` public class ListNode { public int val; //資料域 public ListNode next;//指標域 } ``` 然後我們就建立一個頭指標（不帶頭節點） ``` //元素個數 int n = 5; //建立一個頭指標 ListNode headNode = new ListNode(); //頭插入法 headNode= createHead(headNode, n); ``` 然後建立一個私有方法去實現頭插法，這裡我們插入5個新元素，頭插入的核心是要先斷開首元節點和頭指標的連線，也就是需要先將原來首元節點的地址存放到新節點的指標域裡，也就是 newNode.next = headNode.next，然後再讓頭指標指向新的節點 headNode.next = newNode，這兩步是頭插入的核心，一定要理解。 ``` /** * 頭插法 * 新的節點放在頭節點的後面，之前的就放在新節點的後面 * @param headNode 頭指標 * @return */ private static ListNode createHead(ListNode headNode, int n) { //插入5個新節點 for (int i = 1; i <= n; i++) { ListNode newNode = new ListNode(); newNode.val = i; //將之前的所有節點指向新的節點（也就是新節點指向之前的所有節點） newNode.next = headNode.next; //將頭指標指向新的節點 headNode.next = newNode; } return headNode; } ``` 最後我把連結串列列印輸出一下（其實也是單鏈表的遍歷），判斷條件就是隻有當指標域為空的時候才是最後一個節點。 ``` private static void printLinkedList(ListNode headNode) { int countNode = 0; while (headNode.next != null){ countNode++; System.out.println(headNode.next.val); headNode = headNode.next; } System.out.println("該單鏈表的節點總數：" +countNode); } ``` 最後的輸出結果顯然是逆序，因為沒一個新的元素都是從頭部插入的，自然第一個就是最後一個，最後一個就是第一個：  #### 2、尾插法 尾插法，顧名思義就是把新元素插入到尾部的位置（也就是最後一個位置），每次新加的元素都作為連結串列的第最後節點。那麼尾插法在 Java 中怎麼實現呢，這裡還是採用不帶頭節點的實現方式，頭節點和頭指標和頭插入的實現方式一樣，這裡我就直接將如何實現： ``` /** * 尾插法 * 找到連結串列的末尾結點，把新新增的資料作為末尾結點的後續結點 * @param headNode */ private static ListNode createByTail(ListNode headNode, int n) { //讓尾指標也指向頭指標 ListNode tailNode = headNode; for (int i = 1; i <= n; i++) { ListNode newNode = new ListNode(); newNode.val = i; newNode.next = null; //插入到連結串列尾部 tailNode.next = newNode; //指向新的尾節點，tailer永遠儲存最後一個節點的地址 tailNode = newNode; } return headNode; } ``` 和頭插入不同的是，我們需要宣告一個尾指標來輔助我們實現，最開始，尾指標指向頭指標，每插入一個元素，尾指標就後移一下，這裡我們來講一下原理：每次往末尾新加一個節點，我們就需要把原來的連線斷開，那怎麼斷開呢，我們首先需要讓尾指標指向新的節點，也就是 tailNode.next = newNode; 然後再讓尾指標後移一個位置，讓尾指標指向最後一個節點。也就是尾指標始終指向最後一個節點，最後將頭指標返回，輸出最後結果：  #### 四、單鏈表的刪除 既然單鏈表建立好了，怎麼在連結串列裡面刪除元素呢，單鏈表的刪除，我分為了兩種情況刪除，分別是刪除第i個節點和刪除指定元素的節點。 #### 1、刪除第i個節點   我們可以先來理一下思路：在單鏈表裡，節點與節點之間都是通過指標域連結起來的，所以如果我們想實現刪除的操作，實際上是需要我們去改變相應指標域對應得地址的。當想去刪除第i個元素的時候，比如要刪除上圖的第3個元素（也就是3），實際上我們要做的就是要讓2號元素指向4號元素（其實就是需要修改2號元素的指標域，讓2號元素的指標域儲存4號元素）。那麼怎麼做才能實現這一步呢？很顯然，要實現這個步驟，我們必須要找到4號元素和2號元素，但是再仔細想一下，其實我們只需要找到2號元素就可以了，因為4號元素的地址儲存再2號的下一個元素的指標域裡面。 所以綜上所述分析我們可以得出刪除的兩個核心步驟： 1.刪除第i個節點，需要先找到第 i-1 個個節點，也就是第i個節點的前一個節點； 2.然後讓第 i-1 個節點指向第 i-1 個節點的下下個節點 下面的程式碼具體實現了怎麼刪除第i個元素。 ``` /** * 刪除第i個節點 * 1,2 4,4,5 * 刪除之後應該是1,2,4,5 * @param headNode * @param index * @return */ public static ListNode deleteNodeByIndex(ListNode headNode, int index) { int count = 1; //將引用給它 ListNode preNode = headNode; //看計數器是不是到了i-1，如果到了i-1,就找到了第i-1個節點 while (preNode.next != null && count <= index -1){ //尋找要刪除的當前節點的前一個節點 count++; preNode = preNode.next; } if (preNode != null){ preNode.next = preNode.next.next; } return headNode; } ``` #### 2、刪除指定元素的那個節點 刪除指定元素節點的實現方法有兩種，第一種就是先找到指定元素對應的連結串列的位置（ index ），然後再按照刪除第 i 個節點的思路刪除即可。實現方法如下圖所示： ``` /** * 刪除連結串列指定數值的節點 * @param headNode * @param val * @return */ private static ListNode deleteNodeByNum(ListNode headNode, int val) { ListNode deleteOne = headNode; int countByDeleteOne = 1; while (deleteOne.next != null){ if (deleteOne.next.val == val){ deleteOne = deleteOne.next; break; } countByDeleteOne ++; deleteOne = deleteOne.next; } return deleteNodeByIndex(headNode, countByDeleteOne); } ``` 第二種方法的實現就很精妙（前提是此節點不是尾節點） ``` public void deleteNode(ListNode node) { //刪除node即通過將後面的值賦給node，然後更改node的指標指向下下一個結點即可 node.val = node.next.val; node.next = node.next.next; } ``` #### 五、單鏈表的查詢（及修改） 單鏈表的查詢實現很簡單，就是遍歷當前單鏈表，然後用一個計數器累加到當前下標，那麼當前的這個節點就是要查詢的那個節點，然後再返回即可，當然需要判斷傳過來的這個下標是否合法。當然如果需要修改，就需要把當前找到的節點的資料域重新賦上需要修改的值即可，這裡就不上程式碼了。具體實現如下： ``` private static ListNode searchLinkedList(ListNode headNode, int index) { //如果下標是不合法的下標就表示找不到 if (index < 1 || index > getLinkedListLength(headNode)){ return null; } for (int i = 0; i < index; i++) { headNode = headNode.next; } return headNode; } ``` 獲取單鏈表的長度（注意我這裡定義的 headNode 是頭指標不是頭節點） ``` /** * 求單鏈表長度 * @param headNode * @return */ private static int getLinkedListLength(ListNode headNode) { int countNode = 0; while (headNode.next != null){ countNode++; headNode = headNode.next; } return countNode; } ``` #### 六、小結 單鏈表的相關操作就講解完了，其實通過上面對單鏈表的相關操作，我們不難發現，單鏈表的刪除和插入其實很方便，只需要改變指標的指向就可以完成，但是查詢元素的時候就比較麻煩，因為在查詢的時候，需要把整個連結串列從頭到尾遍歷一次。 --- 公眾號：良許Linux ### 有收穫？希望老鐵們來個三連擊，給更多的人看到這