Java 数据结构链表操作实现代码

2024-02-29 18:31:28

链表是一种复杂的数据结构，其数据之间的相互关系使链表分成三种：单链表、循环链表、双向链表，下面将逐一介绍。链表在数据结构中是基础，也是重要的知识点，这里讲下Java 中链表的实现，

JAVA 链表操作：单链表和双链表

主要讲述几点：

一、链表的简介

二、链表实现原理和必要性

三、单链表示例

四、双链表示例

一、链表的简介　

　　链表是一种比较常用的数据结构，链表虽然保存比较复杂，但是在查询时候比较便捷，在多种计算机语言都相应的应用，链表有多种类别，文章针对单链表和双链表进行分析。链表中数据就像被一个链条串联一起，轻易的可以实现数据的访问。

二、链表实现原理和必要性

　　这里只分析单链表和双链表。链表的实现过程是有些许复杂的，但是会带来许多好处。比如现在网购时代到来，商家发快递一般会将商品包装在盒子里并写上地址信息，快递公司就可以通过盒子上的信息找到买家，商品完整到达。如果没有盒子的保护，有可能在途中商品受损。而链表就好比那个写了地址信息的盒子，既保护了商品信息，同时又写好了物流信息。链表之中存在一个HEAD节点，类似“火车头”，只要找到相应HEAD节点，就可以对链表进行操作。此次分析中，HEAD节点只是做数据头，不保存有效数据。

　　单链表的实现原理如图：

　　双链表实现原理：

三、单链表示例　　

ICommOperate<T> 接口操作类：

package LinkListTest;
import java.util.Map;
public interface ICommOperate<T> {

  public boolean insertNode(T node) ;
  public boolean insertPosNode(int pos, T node) ;
  public boolean deleteNode(int pos) ;
  public boolean updateNode(int pos, Map<String, Object> map) ;
  public T getNode(int pos, Map<String, Object> map) ;
  public void printLink() ;
}

单链表节点：

package LinkListTest;
// 单连表节点
public class SNode {
  private String data;
  private SNode nextNode;
  public SNode() {
  }
  public SNode(String data) {
    this.data = data;
    this.nextNode = new SNode();
  }

  public String getData() {
    return data;
  }
  public void setData(String data) {
    this.data = data;
  }
  public SNode getNextNode() {
    return nextNode;
  }
  public void setNextNode(SNode nextNode) {
    this.nextNode = nextNode;
  }
  @Override
  public String toString() {
    return "SNode [data=" + data + "]";
  }
}

单链接操作类：

package LinkListTest;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class SingleLinkList implements ICommOperate<SNode>{
  private SNode head = new SNode("HEAD") ; // 公共头指针，声明之后不变
  private int size = 0 ;
  public int getSize() {
    return this.size;
  }

  /*
   * 链表插入，每次往末端插入
   * */
  @Override
  public boolean insertNode(SNode node) {
    boolean flag = false ;
    SNode current = this.head ;
    if( this.size==0 ){ // 空链表
      this.head.setNextNode(node) ;
      node.setNextNode(null) ;
    }else{        // 链表内节点
      while( current.getNextNode()!=null ){
        current = current.getNextNode() ;
      }
      current.setNextNode(node) ;
      node.setNextNode(null) ;
    }
    this.size++ ;
    flag = true ;

    return flag;
  }

  /*
   * 插入链表指定位置pos，从1开始,而pos大于size则插入链表末端
   * */
  @Override
  public boolean insertPosNode(int pos, SNode node){
    boolean flag = true;
    SNode current = this.head.getNextNode() ;

    if( this.size==0 ){          // 空链表
      this.head.setNextNode(node) ;
      node.setNextNode(null) ;
      this.size++ ;
    }else if( this.size<pos ){      // pos位置大于链表长度，插入末端
      insertNode(node) ;
    }else if( pos>0 && pos<=this.size) { // 链表内节点
      // 1、找到要插入pos位置节点和前节点
      int find = 0;
      SNode preNode = this.head; // 前节点
      SNode currentNode = current; // 当前节点
      while( find<pos-1 && currentNode.getNextNode()!=null ){
        preNode = current ;          // 前节点后移
        currentNode = currentNode.getNextNode() ; // 当前节点后移
        find++ ;
      }
//      System.out.println(preNode);
//      System.out.println(currentNode);
      // 2、插入节点
      preNode.setNextNode(node);
      node.setNextNode(currentNode);
      this.size++ ;
      System.out.println("节点已经插入链表中");
    }else{
      System.out.println("位置信息错误");
      flag = false ;
    }

    return flag;
  }

  /*
   * 指定链表的节点pos，删除对应节点。方式：找到要删除节点的前后节点，进行删除。从1开始
   * */
  @Override
  public boolean deleteNode(int pos) {
    boolean flag = false;
    SNode current = this.head.getNextNode() ;
    if( pos<=0 || pos>this.size || current==null ){
      System.out.println("位置信息错误或链表无信息");
    }else{
      // 1、找到要删除节点的前后节点
      int find = 0;
      SNode preNode = this.head; // 前节点
      SNode nextNode = current.getNextNode(); // 后节点
      while( find<pos-1 && nextNode.getNextNode()!=null ){
        preNode = current ;          // 前节点后移
        nextNode = nextNode.getNextNode() ; // 后节点后移
        find++ ;
      }
//      System.out.println(preNode);
//      System.out.println(nextNode);

      // 2、删除节点
      preNode.setNextNode(nextNode);
      System.gc();
      this.size-- ;
      flag = true ;
    }

    return flag;
  }

  /*
   * 指定链表的节点pos，修改对应节点。 从1开始
   * */
  @Override
  public boolean updateNode(int pos, Map<String, Object> map) {
    boolean flag = false ;
    SNode node = getNode(pos, map); // 获得相应位置pos的节点
    if( node!=null ){
      String data = (String) map.get("data") ;
      node.setData(data);
      flag = true ;
    }
    return flag;
  }

  /*
   * 找到指定链表的节点pos，从1开始
   * */
  @Override
  public SNode getNode(int pos, Map<String, Object> map) {
    SNode current = this.head.getNextNode() ;
    if( pos<=0 || pos>this.size || current==null ){
      System.out.println("位置信息错误或链表不存在");
      return null;
    }
    int find = 0 ;
    while( find<pos-1 && current!=null ){
      current = current.getNextNode() ;
      find++ ;
    }
    return current;
  }

  /*
   * 打印链表
   * */
  @Override
  public void printLink() {
    int length = this.size ;
    if( length==0 ){
      System.out.println("链表为空！");
      return ;
    }
    SNode current = this.head.getNextNode() ;
    int find = 0 ;
    System.out.println("总共有节点数: " + length +" 个");
    while( current!=null ){
      System.out.println("第 " + (++find) + " 个节点 ：" + current);
      current=current.getNextNode() ;
    }
  }

  public static void main(String[] args) {
    SingleLinkList sll = new SingleLinkList() ;
    SNode node1 = new SNode("节点1");
    SNode node2 = new SNode("节点2");
    SNode node3 = new SNode("节点3");
    SNode node4 = new SNode("节点4");
    SNode node5 = new SNode("节点5");
    SNode node6 = new SNode("插入指定位置");
    sll.insertPosNode(sll.getSize()+1, node1) ;
    sll.insertPosNode(sll.getSize()+1, node2) ;
    sll.insertPosNode(sll.getSize()+1, node3) ;
    sll.insertPosNode(sll.getSize()+1, node4) ;
    sll.insertPosNode(sll.getSize()+1, node5) ;

//    sll.insertNode(node1);
//    sll.insertNode(node2);
//    sll.insertNode(node3);
//    sll.insertNode(node4);
//    sll.insertNode(node5);

    System.out.println("*******************输出链表*******************");
    sll.printLink();

    System.out.println("*******************获得指定链表节点*******************");
    int pos = 2 ;
    System.out.println("获取链表第 "+pos+" 个位置数据 ："+sll.getNode(pos, null));

    System.out.println("*******************向链表指定位置插入节点*******************");
    int pos1 = 2 ;
    System.out.println("将数据插入第 "+pos1+" 个节点：");
    sll.insertPosNode(pos1, node6) ;
    sll.printLink();

    System.out.println("*******************删除链表指定位置节点*******************");
    int pos2 = 2 ;
    System.out.println("删除第 "+pos2+" 个节点：");
    sll.deleteNode(pos2) ;
    sll.printLink();

    System.out.println("*******************修改链表指定位置节点*******************");
    int pos3 = 2 ;
    System.out.println("修改第 "+pos3+" 个节点：");
    Map<String, Object> map = new HashMap<>() ;
    map.put("data", "this is a test") ;
    sll.updateNode(pos3, map) ;
    sll.printLink();
  }
}

四、双链表示例

ICommOperate<T> 接口操作类：

package LinkListTest;
import java.util.Map;
public interface ICommOperate<T> {
  public boolean insertNode(T node) ;
  public boolean insertPosNode(int pos, T node) ;
  public boolean deleteNode(int pos) ;
  public boolean updateNode(int pos, Map<String, Object> map) ;
  public T getNode(int pos, Map<String, Object> map) ;
  public void printLink() ;
}

双链表节点：

package LinkListTest;
// 双连表节点
public class DNode {
  private DNode priorNode;
  private String data;
  private DNode nextNode;

  public DNode(){
  }
  public DNode(String data) {
    this.priorNode = new DNode() ;
    this.data = data ;
    this.nextNode = new DNode() ;
  }

  public DNode getPriorNode() {
    return priorNode;
  }
  public void setPriorNode(DNode priorNode) {
    this.priorNode = priorNode;
  }

  public String getData() {
    return data;
  }
  public void setData(String data) {
    this.data = data;
  }

  public DNode getNextNode() {
    return nextNode;
  }
  public void setNextNode(DNode nextNode) {
    this.nextNode = nextNode;
  }

  @Override
  public String toString() {
    return "DNode [data=" + data + "]";
  }
}

双链表实现类：

package LinkListTest;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class DoubleLinkList implements ICommOperate<DNode>{
  private DNode head = new DNode("HEAD");
  private int size = 0 ;
  public int getSize() {
    return this.size;
  }

  /*
   * 链表插入，每次往末端插入
   * */
  @Override
  public boolean insertNode(DNode node) {
    boolean flag = false; 

    DNode current = this.head ;
    if( this.size==0 ){ // 空链表
      this.head.setNextNode(node) ;
      node.setPriorNode(this.head);
      node.setNextNode(null) ;
    }else{        // 链表内节点
      while( current.getNextNode()!=null ){
        current = current.getNextNode() ;
      }
      current.setNextNode(node);
      node.setNextNode(null);
      node.setPriorNode(current);
    }
    this.size++ ;
    flag = true ;

    return flag;
  }

  /*
   * 插入链表指定位置pos，从1开始,而pos大于size则插入链表末端
   * */
  @Override
  public boolean insertPosNode(int pos, DNode node) {
    boolean flag = true;

    DNode current = this.head.getNextNode() ;
    if( this.size==0){             // 链表为空
      this.head.setNextNode(node) ;
      node.setNextNode(null) ;
      node.setPriorNode(this.head);
      this.size++ ;
    }else if( pos>this.size ){         // pos位置大于链表长度，插入末端
      insertNode(node) ;
    }else if( pos>0 && pos<=this.size ){  // 链表内节点
      // 1、找到要插入位置pos节点，插入pos节点当前位置
      int find = 0;
      while( find<pos-1 && current.getNextNode()!=null ){
        current = current.getNextNode() ;
        find++ ;
      }
      // 2、插入节点
      if( current.getNextNode()==null ){ // 尾节点
        node.setPriorNode(current);
        node.setNextNode(null);
        current.setNextNode(node);
      } else if( current.getNextNode()!=null ) { //中间节点
        node.setPriorNode(current.getPriorNode());
        node.setNextNode(current);
        current.getPriorNode().setNextNode(node);
        current.setPriorNode(node);
      }
      this.size++ ;
    }else{
      System.out.println("位置信息错误");
      flag = false ;
    }

    return flag;
  }

  /*
   * 指定链表的节点pos，删除对应节点，从1开始
   * */
  @Override
  public boolean deleteNode(int pos) {
    boolean flag = false;
    DNode current = this.head.getNextNode() ;
    if( pos<=0 || pos>this.size || current==null ){
      System.out.println("位置信息错误或链表不存在");
    }else{
      // 1、找到要删除位置pos节点
      int find = 0;
      while( find<pos-1 && current.getNextNode()!=null ){
        current = current.getNextNode() ;
        find++ ;
      }
      // 2、删除节点
      if( current.getNextNode()==null ){ // 尾节点
        current.getPriorNode().setNextNode(null) ;
      } else if( current.getNextNode()!=null ) { //中间节点
        current.getPriorNode().setNextNode(current.getNextNode()) ;
        current.getNextNode().setPriorNode(current.getPriorNode()) ;
      }
      System.gc();
      this.size-- ;
      flag = true ;
    }
    return flag;
  }

  /*
   * 指定链表的节点pos，修改对应节点。 从1开始
   * */
  @Override
  public boolean updateNode(int pos, Map<String, Object> map) {
    boolean flag = false ;
    DNode node = getNode(pos, map);
    if( node!=null ){
      String data = (String) map.get("data") ;
      node.setData(data);
      flag = true ;
    }
    return flag;
  }

  /*
   * 找到指定链表的节点pos，从1开始
   * */
  @Override
  public DNode getNode(int pos, Map<String, Object> map) {
    DNode current = this.head.getNextNode() ;
    if( pos<=0 || pos>this.size || current==null ){
      System.out.println("位置信息错误或链表不存在");
      return null;
    }
    int find = 0 ;
    while( find<pos-1 && current!=null ){
      current = current.getNextNode() ;
      find++ ;
    }
    return current;
  }

  /*
   * 打印链表
   * */
  @Override
  public void printLink() {
    int length = this.size ;
    if( length==0 ){
      System.out.println("链表为空！");
      return ;
    }
    DNode current = this.head.getNextNode() ;
    int find = 0 ;
    System.out.println("总共有节点数: " + length +" 个");
    while( current!=null ){
      System.out.println("第 " + (++find) + " 个节点 ：" + current);
      current=current.getNextNode() ;
    }
  }

  public static void main(String[] args) {
    DoubleLinkList dll = new DoubleLinkList() ;
    DNode node1 = new DNode("节点1");
    DNode node2 = new DNode("节点2");
    DNode node3 = new DNode("节点3");
    DNode node4 = new DNode("节点4");
    DNode node5 = new DNode("节点5");
    DNode node6 = new DNode("插入指定位置");
    dll.insertPosNode(10, node1) ;
    dll.insertPosNode(10, node2) ;
    dll.insertPosNode(10, node3) ;
    dll.insertPosNode(10, node4) ;
    dll.insertPosNode(10, node5) ;
//    dll.insertNode(node1);
//    dll.insertNode(node2);
//    dll.insertNode(node3);
//    dll.insertNode(node4);
//    dll.insertNode(node5);

    System.out.println("*******************输出链表*******************");
    dll.printLink();

    System.out.println("*******************获得指定链表节点*******************");
    int pos = 2 ;
    System.out.println("获取链表第 "+pos+" 个位置数据 ："+dll.getNode(pos, null));

    System.out.println("*******************向链表指定位置插入节点*******************");
    int pos1 = 2 ;
    System.out.println("将数据插入第"+pos1+"个节点：");
    dll.insertPosNode(pos1, node6) ;
    dll.printLink();

    System.out.println("*******************删除链表指定位置节点*******************");
    int pos2 = 7 ;
    System.out.println("删除第"+pos2+"个节点：");
    dll.deleteNode(pos2) ;
    dll.printLink();

    System.out.println("*******************修改链表指定位置节点*******************");
    int pos3 = 2 ;
    System.out.println("修改第"+pos3+"个节点：");
    Map<String, Object> map = new HashMap<>() ;
    map.put("data", "this is a test") ;
    dll.updateNode(pos3, map) ;
    dll.printLink();
  }
}

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