JAVA实现单链表超详解（图解）

这一篇，说一下java的单链表的实现，如果有C语言的基础的话，应该知道，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。
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！

一、节点类的实现

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

}

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；

二、获取节点的方法

有了这个节点类，我们就可以创建出一个链表类：

public class AloneList<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的意思，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 int size;
	private Node first;

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！
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<E> node(int index){
		Node x=first;
		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

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？

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	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：

	public void add(int index,E element) {
		if(index<0||index>size) {
			throw new IndexOutOfBoundsException("索引越界异常");
		}
		if(index==0) {
			first=new Node<E>(null,element);
		}
		else {
			Node<E> pre=node(index-1);
			Node<E> next=pre.next;
			pre.next=new Node<E>(next,element);
			
		}
		
		size++;
	}

四、在末尾添加节点

public void add(E element) {}

就是这么一个方法，那你说，在链表的末尾添加节点的话，是不是就可以这样写：

add(size,element);

是不是，末尾嘛，在size的位置上添加元素啊，多么简单！

	public void add(E element) {
		add(size,element);
	}	
	

五、获取方法

	public E get(int index) {
		if(index<0||index>size) {
			throw new IndexOutOfBoundsException("索引越界异常");
		}
		return node(index).element;
	}

这这这，是不是也觉得真的没啥好说的，判断索引是否越界，再直接索引调用node方法，在返回element完事，是不是很简单！

六、修改方法

	public E set(int index,E element) {
		if(index<0||index>size) {
			throw new IndexOutOfBoundsException("索引越界异常");
		}
		Node<E> node=node(index);
		E oldElement=node.element;
		node.element=element;
		return oldElement;
		
	}

这这这这，是不是也很简单，判断索引是否越界，然后调用node方法，设置一下element是不是也就完事了！

七、删除方法

好，又来恶心的了，删除方法，我们还是先来特殊的，删除第一个元素，来仔细看好！

来看这张图，我first的值，是值，是不是等于0号元素的地址，也就是说，我0号元素的地址，是不是等于first，那1号元素的地址，是不是等于first.next；
我现在要干的是什么，是不是想让，first的值，等于1号元素的地址，从而把0号元素给跳过去。有没有点绕，多看两遍；

如果想要实现这个功能，我要怎么写？

		if(index==0) {
			first=first.next;
		}

是不是就这一行代码就完事了，仔细看第一张图，是不是很牛逼！

然后我们再看不是删除第一个元素的方法实现：

如果我们要删除1号元素：

我就让0号元素指向2号元素的地址就可以了吧。
然后获取0号元素和2号元素（就是index的上一个和下一个）
然后让0号元素指向2号元素的地址

		else {
			Node<E> pre=node(index-1);
			Node<E> oldNode=pre.next;
			pre.next=oldNode.next;
		}

是不是就是这样，完全没问题啊，然后我们再返回一下被删除的元素，判断一下索引的范围，这个方法是不是也就完成了！

	public E remove(int index) {
		if(index<0||index>size) {
			throw new IndexOutOfBoundsException("索引越界异常");
		}
		
		if(index==0) {
			first=first.next;
			size--;
			return node(0).element;
		}
		else {
			Node<E> pre=node(index-1);
			Node<E> oldNode=pre.next;
			pre.next=oldNode.next;
			size--;
			return oldNode.element;
		}

	}

八、toString方法

啊，最后一个方法，不想说了，直接看代码吧：

	public String toString() {
		StringBuilder str=new StringBuilder();
		if(size==0) {
			return "[]";
		}
		else {
			str.append("[");
			Node x=first;
			for(Node i=x;i!=null;i=i.next) {
				if(i.next==null) {
					str.append(i.element).append("]");
				}
				else {
					str.append(i.element).append(" ");
				}
			}
		}
		return str.toString();
	}

那，这个方法我再自定义ArrayList中也写过：
https://blog.csdn.net/weixin_46726346/article/details/107580973
就是这篇文章，OK，到此一个单链表的实现就完成了！
最后再测试一下：

九、测试

public class Test {
	public static void main(String[] args) {
		AloneList<String> list=new AloneList<String>();
		list.add("123");
		list.add("456");
		list.add("789");
		System.out.println(list);
		list.add(1,"456");
		System.out.println(list);
		System.out.println(list.get(3));
		list.set(0, "abc");
		System.out.println(list);
		list.remove(0);
		System.out.println(list);
		
	}

}

看一下输出结果吧：
[123 456 789]
[123 456 456 789]
789
[abc 456 456 789]
[456 456 789]

测试也是没有问题的呢，OK，到此就结束了！