java对单向单向链表的操作

概述：众所周知，数据对于数据的存储时连续的，也就是说在计算机的内存中是一个整体的、连续的、不间断的ADT数据结构。伴随的问题也会随之出现，这样其实对于内存的动态分配是不灵活的。而链表具备这个优点。因此链表对于数据的插入和删除是方便的，但是对于数据的查询是麻烦的。因为需要遍历链表，而对于链表的遍历确实极度的麻烦。

1 单向链表的定义

链表主要用来存储引用类型的数据。其结构可以由下图清楚的表示： 

链表结点的定义

class Node{
    // 链表中保存的数据
    public Object obj;
    // 下一个结点的应用
    public Node next;
    // 该结点中保存的数据
    public Node(Object obj){
        this.obj=obj;
    }
    public void  setNext(Node next){
        this.next=next;
    }
    public Node getNext(){
        return this.next;
    }
    public Object getObj(){
        return this.obj;
    }
}

链表的设置和取出

/**
 * 对链表设置数据和取出数据
 */
public class LinkDemo{
    public void static main(String[] args){
        //设置数据
        Node root= new Node("链表头结点");
        Node n1=new Node("链表1");
        Node n2=new Node("链表2");
        Node n3=new Node("链表3");
        // 维护链表的关系
        root.setNext(n1);
        n1.setNext(n2);
        n2.setNext(n3);
        // 取出链表的数据
        Node currentNode=root;// 创建当前结点对象，将根结点赋值给当前结点
        // 判断当前结点是不是为null,如果当前结点为null,则终止循环，否则继续输出
        while(currentNode != null){
            // 打印出当前结点的数据，然后修改当前结点的引用
            System.out.println(currentNode.getObj());
            // 将下一个结点设置为当前结点
            currentNode=currentNode.getNext();
        }
    }
}

结果测试如下： 
 
使用递归的方式优化输出：

   /**
        *对链表设置数据和取出数据
     */
public class LinkDemo{
    public void static main(String[] args){
        //设置数据
        Node root= new Node("链表头结点");
        Node n1=new Node("链表1");
        Node n2=new Node("链表2");
        Node n3=new Node("链表3");
        // 维护链表的关系
        root.setNext(n1);
        n1.setNext(n2);
        n2.setNext(n3);
        // 取出链表的数据
        Node currentNode=root;// 创建当前结点对象，将根结点赋值给当前结点
        // 判断当前结点是不是为null,如果当前结点为null,则终止循环，否则继续输出
        print(root);
    }
    public static print(Node node){
        //递归的结束条件
        if(node == null){
            return;
        }else{
            System.out.println(node.getObj());
            print(node.getNext());
        }
    }
}

在实际的开发中，我们希望对于数据的保存和输出应该是由如下的形式出现的：

public class LinkDemo3{
    public static void main(){
        Link link=new Link();
        link.add("A");
        link.add("B");
        link.add("C");
        link.add("D");
        // 展示所有的数据
        link.print();
    }
}

此时我们希望让Node结点类来负责对结点的操作，而Link类类负责对数据的操作。

// 节点类对象
class Node{
    // 结点中的数据
    public Object obj;
    // 结点的下一个引用
    public Node next;
    // 结点中保存数据
    public Node(Object obj){
        return this.obj=obj;
    }
    public Node getNext(){
        return this.next;
    }
    public void setNext(Node next){
        this.next=next;
    }
    public Object getObj(){
        return this.obj;
    }
    // 添加结点
    public void addNode(Node node){
        // 对于添加结点来说，首先判断头节点是否存在下一个的引用，如果为null,此时就可以添加
        // 第一次调用该方法，this表示的就是Link.root对象
        if(this.next==null){
            //为空，那么将该结点挂到头结点的下一个引用上
            this.next=node;
        }else{
            //头节点的下一个引用不为空，那么应该是将当前结点的下一个引用为此node结点
            //递归循环
            this.next.addNode(node);
        }
    }    
    // 展示所有的结点
    public void printNode(){
        System.out.println(this.obj);
        if(this.next!=null){
            // 如果当前结点对于下一个结点的引用不为空,那么当前结点对象递归调用打印方法。
            // 当前结点的下一个引用this.next
            this.next.printNode();
        }
    }
}
// 对链表的操作
class Link{
    // 初始化结点对象，即头结点
    public Node root;
    // 添加数据
    public void add(Object obj){
        //创建当前结点对象，然后保存数据
        Node currentNode=new Node(obj);
        // 如果要添加数据，就要首先判断根结点是否为空
        if(root==null){
            //头节点为空，则将创建的当前结点赋值给根结点
            root=currentNode;
        }else{
            //如果头结点不为空，此时应该由结点自己来判断
            //头节点不为空值，要保存的数据应该在之后的结点上，调用添加结点的方法
            root.addNode(currentNode);
        }
    }
    // 展示所有的数据
    public void print(){
            if(root!=null){
                root.printNode();
            }
    }
}

当我们创建结点对象的时候，对于保存数据和输出输出，我们每次都会判断根节点是不是空值。这个很重要。当前结点不是根节点这个应该注意到。进一步的优化，注意到我们不希望调用者直接操作结点对象，单纯的Node类会被直接操作，这样不符合Java的封装思想，我们可以使用内部类，并且直接对Node内部类私有化

// 对链表的操作
class Link{
    // 初始化结点对象，即头结点
    public Node root;
    // 添加数据
    public void add(Object obj){
        //创建当前结点对象，然后保存数据
        Node currentNode=new Node(obj);
        // 如果要添加数据，就要首先判断根结点是否为空
        if(root==null){
            //头节点为空，则将创建的当前结点赋值给根结点
            root=currentNode;
        }else{
            //如果头结点不为空，此时应该由结点自己来判断
            //头节点不为空值，要保存的数据应该在之后的结点上，调用添加结点的方法
            root.addNode(currentNode);
        }
    }
    // 展示所有的数据
    public void print(){
            if(root!=null){
                root.printNode();
            }
    }
    // 节点类对象
    private class Node{
        // 结点中的数据
        public Object obj;
        // 结点的下一个引用
        public Node next;
        // 结点中保存数据
        public Node(Object obj){
            return this.obj=obj;
        }
        // 添加结点
        public void addNode(Node node){
            // 对于添加结点来说，首先判断头节点是否存在下一个的引用，如果为null,此时就可以添加
            // 第一次调用该方法，this表示的就是Link.root对象
            if(this.next==null){
                //为空，那么将该结点挂到头结点的下一个引用上
                this.next=node;
            }else{
                //头节点的下一个引用不为空，那么应该是将当前结点的下一个引用为此node结点
                //递归循环
                this.next.addNode(node);
            }
        }   
        // 展示所有的结点
        public void printNode(){
            System.out.println(this.obj);
            if(this.next!=null){
                // 如果当前结点对于下一个结点的引用不为空,那么当前结点对象递归调用打印方法。
                // 当前结点的下一个引用this.next
                this.next.printNode();
            }
        }
    }
}

确定链表的数据结构

class Link {
    // 需要结点对象
    private Node root;//根节点对象
    // 结点对象
    //***************内部类*******************
    private class Node {
        private Object obj;//结点中保存的数据
        private Node next;//下一个结点的引用

        // 结点中的数据
        public Node(Object obj) {
            this.obj = obj;
        }
    }
    //***************内部类*******************
}

添加数据 public void add(Object obj);

class Link {
    // 需要结点对象
    private Node root;//根节点对象
    // 结点对象
    //***************内部类*******************
    private class Node {
        private Object obj;//结点中保存的数据
        private Node next;//下一个结点的引用

        // 结点中的数据
        public Node(Object obj) {
            this.obj = obj;
        }
        //结点的添加
        public void addNode(Node node){
            if(this.next==null){
            //把当前结点赋值给this.next
                this.next=node;
            }else{
                //添加一个结点
                this.next.addNode(node);
            }
        }
    }
    //***************内部类*******************
    public void add(Object obj){
        //对于数据为null,是可以保存的，在这里我假设数据为null是不可以保存的
        if(obj==null){
            return;
        }
        Node node=new Node(obj);
        if(this.root==null){
            root=node;
        }else{
            //注意：Link类负责根节点的维护和结点的创建，对于结点的具体操作，应该是Node类操作
            this.root.addNode(node);
        }
    }
}

获取链表的长度 public int size();

每一次的数据保存都需要长度加1.因此我们在Link类中添加组成员变量size.保存时让它自增运算；

class Link {
    // 需要结点对象
    private Node root;//根节点对象
    private int size;//链表的长度
    // 结点对象
    //***************内部类*******************
    private class Node {
        private Object obj;//结点中保存的数据
        private Node next;//下一个结点的引用

        // 结点中的数据
        public Node(Object obj) {
            this.obj = obj;
        }
        //结点的添加
        public void addNode(Node node){
            if(this.next==null){
            //把当前结点赋值给this.next
                this.next=node;
            }else{
                //添加一个结点
                this.next.addNode(node);
            }
        }
    }
    //***************内部类*******************
    /**数据的添加*/
    public void add(Object obj){
        //对于数据为null,是可以保存的，在这里我假设数据为null是不可以保存的
        if(obj==null){
            return;
        }
        Node node=new Node(obj);
        if(this.root==null){
            root=node;
        }else{
            //注意：Link类负责根节点的维护和结点的创建，对于结点的具体操作，应该是Node类操作
            this.root.addNode(node);
        }
        this.size++;//长度自增运算
    }
    /**
        *链表的长度
        */
    public int size(){
        return this.size;
    }

}

判断链表是否为null,public boolean isEmpty();

1. 原理1：如果root为null,则链表的长度为null

2. 原理2：如果链表的size==0.则链表的长度为空

class Link {
    // 需要结点对象
    private Node root;//根节点对象
    private int size;//链表的长度
    // 结点对象
    //***************内部类*******************
    private class Node {
        private Object obj;//结点中保存的数据
        private Node next;//下一个结点的引用

        // 结点中的数据
        public Node(Object obj) {
            this.obj = obj;
        }
        //结点的添加
        public void addNode(Node node){
            if(this.next==null){
            //把当前结点赋值给this.next
                this.next=node;
            }else{
                //添加一个结点
                this.next.addNode(node);
            }
        }
    }
    //***************内部类*******************
    /**数据的添加*/
    public void add(Object obj){
        //对于数据为null,是可以保存的，在这里我假设数据为null是不可以保存的
        if(obj==null){
            return;
        }
        Node node=new Node(obj);
        if(this.root==null){
            root=node;
        }else{
            //注意：Link类负责根节点的维护和结点的创建，对于结点的具体操作，应该是Node类操作
            this.root.addNode(node);
        }
        this.size++;//长度自增运算
    }
    /**
        *链表的长度
        */
    public int size(){
        return this.size;
    }
    /**
        *判读链表是否为空
    */
    public boolean isEmpty(){
        return this.size==0?true:flase;
    } 
}

判断链表中是否存在某个元素 public boolean contains(Object obj);

对象的匹配可以使用equals()方法，但是对于自定义对象而言，需要写compare()方法来自定义匹配结果。 

class Link {
    // 需要结点对象
    private Node root;//根节点对象
    private int size;//链表的长度

    public void add(Object obj) {
        // 创建结点对象，并且保存数据
        Node newNode = new Node(obj);
        if (root == null) {
            root = newNode;
        } else {
            //此时根节点不为空，需要添加结点
            root.addNode(newNode);
        }
        this.size++;//每次保存数据，链表自增
    }

    /**
     * 链表的长度
     * @return
     */
    public int size(){
        return this.size;
    }

    /**
     * 判断链表是否为空
     * @return
     */
    public boolean isEmpty(){
       return this.size==0?true:false;
    }
    public boolean contains(Object obj){
        if(obj==null || this.root==null){
            return false;
        }else {
            // 此时的判断应该交给Node结点完成
            return root.containsNode(obj);
        }
    }

    public void print() {
        if (root != null) {
            root.printNode();
        }
    }
    private class Node {
        private Object obj;//结点中保存的数据
        private Node next;//下一个结点的引用

        // 结点中的数据
        public Node(Object obj) {
            this.obj = obj;
        }
        // 结点的保存
        public void addNode(Node node) {
            if (this.next == null) {//当前结点的下一个结点为空，此时就可以添加结点
                this.next = node;
            } else {
                //否则，此时应该循环递归添加结点
                // 当前结点对象应该添加新的结点
                this.next.addNode(node);
            }
        }

        // 输出一个结点
        public void printNode() {
            //打印数据
            System.out.println(this.obj);
            if (this.next != null) {
                this.next.printNode();//递归调用输出
            }
        }

        /**
         * 判断链表中受否包含某个元素
         * @param obj
         * @return
         */
        public boolean containsNode(Object obj) {
            if(this.next==null){
                return false;
            }else {
                // 链表结点不为空。此时要判断元素是否匹配
                if(this.obj.equals(obj)){
                    return true;
                }else {
                    return this.next.containsNode(obj);
                }
            }
        }
    }
}

根据索引查询元素

然后定义get方法；

1. 查询有多次，但是每一次的查询都要将foot属性设置为0；
2. 如果当前查询的索引大于Link类的编号size.此时查询不到

public Object get(int index){
        //如果当前要查询的索引大于链表的额size.那么直接返回null
        if(index>this.size){
            return null;
        }
        // 每一的查询都要将foot从0开始
        this.foot=0;
        // 此后交给Node结点来判断
        return this.root.getNode(index);
}

getNode(index)的实现

public Object getNode(int index) {
            //外部类Link调用内部对象this.foot，外部类直接对内部类的访问
            // 如果当前结点的编号自增==当前索引
            if(Link.this.foot++==index){
                // 返回数据
                return this.obj;
            }else {
                return this.next.getNode(index);
            }
}

修改链表元素，和上述的查询实现基本一致 public void set(int index,Object obj)；

public void  set(int index,Object obj){
        if(index>this.size){
            return;
        }
        this.foot=0;
        this.root.setNode(index,obj);
}
public void setNode(int index, Object obj) {
            if(Link.this.foot++==index){
                this.obj=obj;//数据的设置
            }else {
                this.next.setNode(index,obj);
            }
}

总结

NO	方法名称	类型	备注
1	public void add(Object obj)	普通方法	向链表之中添加数
2	public int size()	普通方法	取得链表的长度
3	public boolean isEmpty()	普通方法	判断链表是否为空
4	public boolean contains(Object obj)	普通方法	判断链表是否存在某个元素
3	public Object get(int index)	普通方法	根据链表索引查询某个元素
3	public void set(int index,Object obj)	普通方法	修改某个元素