Java单链表的实现

最近在刷Leetcode时，遇到链表的题，想去测试运行结果，却发现Java中并没有单链表的实现；于是在网上搜索了如下两篇文章(参考文献)，参考实现了一个简易的Java单链表：

/**
 * Definition for singly-linked list.
 * public class ListNode {
 *     int val;
 *     ListNode next;
 *     ListNode() {}
 *     ListNode(int val) { this.val = val; }
 *     ListNode(int val, ListNode next) { this.val = val; this.next = next; }
 * }
 */

java的单链表的实现，在C语言中，链表的实现是用指针来实现的，也就是用指针来指向下一个节点的地址来实现链表。

当然，Java内部也有自己的链表--LinkedList，双向链表，优点，增加删除，用时间很短，但是因为没有索引，对索引的操作，比较麻烦，只能循环遍历；

但是每次循环的时候，都会先判断一下，这个索引位于链表的前部分还是后部分，每次都会遍历链表的一半，而不是全部遍历(不太理解这句话，有同学能帮解释下么？？？)。
双向链表，都有一个previous和next，链表最开始的部分都有一个fiest和last 指向第一个元素，和最后一个元素。

增加和删除的时候，只需要更改一个previous和next，就可以实现增加和删除，所以说，LinkedList对于数据的删除和增加相当的方便。

但是我们今天不是讨论LinkedList，而是自己来实现一个单链表，包括简单的增删查改：

单链表的结构
单链表的基本操作
虚拟头结点的使用

整个类的设计如下：

public class Linked <E>{
    
    public class Node<E>{
        private E element;
        private Node next;
        public Node() {}
        public Node(E element, Node next){
            this.element = element;
            this.next = next;
        }
        public Node(E element){
            this(element, null);
        }
    }
    
    private Node head;            //头结点
    private int size;            //链表元素个数
    //构造函数
    public Linked(){
        this.head = null;
        this.size = 0;
    }
}

那在java中没有指针的这个概念，我们应该怎么实现，怎么来表示地址，怎么指向一个地址；
我们来看一个例子：

Student stu=new Student();

那，我们知道这行代码是一个对象的实例化，那这行代码到底是什么意思呢？

我们这样理解：stu这个变量存储在栈内存中，右边的new Student()存储在堆内存中，就像这样：

也就是可以这样理解，左边变量的值，就是右边的地址，也就是左边的变量指向了右边的地址；

所以在我后面写的一些代码，就可以理解成等号左边是变量，右边是地址！

OK，现在我们来说链表，要想实现一个链表，自然少不了节点，那么一个节点应该有什么呢？

和C语言一样，应该有数据项和指向下一个节点的对象。那在C中有结构体这么一说可以来实现这样一个节点，在JAVA中呢，就是类，也就是实现出一个节点类！

单链表的结构

一种链式存取的数据结构，单链表中的数据是以结点的形式存在，每一个结点是由数据元素和下一个结点的存储的位置组成。单链表与数组相比的最大差别是：单链表的数据元素存放在内存空间的地址是不连续的，而数组的数据元素存放的地址在内存空间中是连续的，这也是为什么根据索引无法像数组那样直接就能查询到数据元素。

[单链表结构图]

一、链表存储的节点(节点类的实现)

    public class Node<E>{
        private E element;
        private Node next;
        public Node() {}
        public Node(E element, Node next){
            this.element = element;
            this.next = next;
        }
        public Node(E element){
            this(element, null);
        }
    }

类中应该有一个next的对象来指向下一个节点，还要有一个element来存储数据，加了一个泛型来表示数据类型！

在构造方法中我们应该有两个参数，一个是节点的数据，还有就是指向下一个节点的next；

有了这个节点类，我们就可以创建出一个链表类：Linked

public class Lisked<E>{}

那链表类中应该有什么成员变量呢：是不是应该有一个头结点head，这个头节点应该是Node类型，还要有一个size来记录节点的个数：

    private Node head;            //头结点
    private int size;            //链表元素个数

二、获取节点的方法(链表的基本操作)

然后我们思考一个问题，是不是我们在进行指定位置添加元素，指定位置删除元素，指定位置修改元素，我们都要通过一个索引（我只是说索引，但在链表是没有索引这一个概念的，索引的概念只在数组中出现，但为了方便叙述，就不要纠正我了哈）来操作这个链表，那么我不想在每个方法中都写一遍，我就可以拿出来这么一个方法，实现通过索引查找元素的方法：

这个方法的返回值，应该就是Node类型的节点。
我们举例子来说：

看，我们要拿到第三个节点，是不是应该就是head的下一个的下一个，那下一个在节点类中是不是就是next！

在构造方法中我们应该有两个参数，一个是节点的数据，还有就是指向下一个节点的next；第三个元素是不是就可以写成head.next.next！这是不是就是通过索引来遍历：

来看代码：

    private Node<T> node(int index){
        Node x=head;
        for(int i=0;i<index;i++) {
            x=x.next;
        }
        return x;
    }

我每次都让x=x的下一个，起到了查找的遍历方法！

三、指定位置添加元素(链表结点的增加)

现在我们有了这个node方法，我们来写一下指定位置添加元素：

public void add(int index,E element){}

函数里面应该怎么写呢，我们先考虑第一种情况，添加第一个元素，也就是index==0的情况：
我在最开始没有添加的时候，只应该有一个节点first吧：

并且他的next应该是指向空的；

那我们现在要通过add(0,E element)添加一个节点，那我是不是就要new出来一个节点

new Node<E>(null,element)

next为空，对吧，现在两个节点出来了，我们要把他们两个连起来：

那first的next就不应该为空，而是指向这个新节点！

这回再想一下我文章开头说的话，实现这一步应该怎么做？

if(index==0) {
    first=new Node<E>(null,element);
}

是不是就这一行代码就可以了，等号左边是变量，右边是地址，把他写进add方法中！

然后我们在考虑index不为0的情况怎么写。

如果我们想在3这个位置添加一个节点：

我们是不是要获取到第二个和第三个这两节点，对吧，因为要在这两个节点中插入嘛，所以一定要获取这两个节点，用什么方法，node啊！

            Node<E> pre=node(index-1);
            Node<E> next=pre.next;

这两个节点获取到了怎么办，我是不是应该要新new出来一个节点，然后这个new节点的next要指向3这个位置！

new Node<E>(next,element)

是不是这样（看参数！）；

然后呢，再让2这个节点，指向这个new节点，是不是就完事了！

pre.next=new Node<E>(next,element);

最后一步再让size++，并且判断一下index的索引是否越界，是不是就可以了！

最后再看一下完整的代码：

转载/参考文献：

1. https://blog.csdn.net/weixin_36605200/article/details/88804537

2. https://blog.csdn.net/weixin_46726346/article/details/107687955

3. https://blog.csdn.net/qq_32575047/article/details/78885066