三、链表(LinkedList)
下面将有一种新的数据存储结构，它可以解决上面的一些问题。这种数据存储结构就是链表。链表可能是继数组之后第二种使用最广泛的通用存储结构。
- 单链表
- 双端链表
- 有序链表
- 双向列表
- 有迭代器的列表
链表与数组一样，都作为数据的基本存储结构，但是在存储原理上二者是不同的。在数组中，数据是存储在一段连续的内存空间中，我们可以通过下标来访问数组中的元素；而在链表中，元素是存储在不同的内存空间中，前一个元素的位置维护了后一个元素在内存中的地址，在Java中，就是前一个元素维护了后一个元素的引用。在本教程我们，我们将链表中的每个元素称之为一个节点(Node)。对比数组， 链表的数据结构可以用下图表示：
这张图显示了一个链表的数据结构，链表中的每个Node都维护2个信息：一个是这个Node自身存储的数据Data，另一个是下一个Node的引用，图中用Next表示。对于最后一个Node，因为没有下一个元素了，所以其并没有引用其他元素，在图中用紫色框来表示。
这张图主要显示的是链表中Node的内部结构和Node之间的关系。一般情况下，我们在链表中还要维护第一个Node的引用，原因是在链表中访问数据必须通过前一个元素才能访问下一个元素，如果不知道第一个Node的话，后面的Node都不可以访问。事实上，对链表中元素的访问，都是从第一个Node中开始的，第一个Node是整个链表的入口；而在数组中，我们可以通过下标进行访问元素。
public class Node {
//Node中维护的数据
private Object data;
//下一个元素的引用
private Node next;
// setters and getters
}1、单链表Java实现
1)、SingleLinkList中要维护的信息：维护第一个节点(firstNode)的引用，作为整个链表的入口；
2)、插入操作分析：基于链表的特性，插入到链表的第一个位置是非常快的，因为只要改变fisrtNode的引用即可。因此对于单链表，我们会提供addFirst方法。
3)、查找操作分析：从链表的fisrtNode开始进行查找，如果确定Node中维护的data就是我们要查找的数据，即返回，如果不是，根据next获取下一个节点，重复这些步骤，直到找到最后一个元素，如果最后一个都没找到，返回null。
4)、删除操作分析 : 首先查找到要删除的元素节点，同时将这个节点的上一个节点和下一个节点也要记录下来，只要将上一个节点的next引用直接指向下一个节点即可，这就相当于 删除了这个节点。如果要删除的是第一个节点，直接将LinkList的firstNode指向第二个节点即可。如果删除的是最后一个节点，只要将上一个节 点的next引用置为null即可。上述分析，可以删除任意节点，具有通用性但是效率较低。通常情况下，我们还会提供一个removeFirst方法，因为这个方法效率较高，同样只要改变fisrtNode的引用即可。
此外，根据情况而定，可以选择是否要维护链表中元素的数量size，不过这不是实现一个链表必须的核心特性。
下面是代码实现:
public class SingleLinkList<V> {
protected Node firstNode = null;// 链表的第一个节点
protected int size;// 链表中维护的节点总数
/**
* 添加到链表最前面
* @return
*/
public Node addFirst(V v) {
Node node = new Node();
node.setData(v);
Node currentFirst = firstNode;
node.setNext(currentFirst);
firstNode = node;
size++;
return node;
}
/**
* 如果链表中包含要删除的元素，删除第一个匹配上的要删除的元素
*/
public void remove(V v) {
if (size == 0) {
return;
}
if (size == 1) {
firstNode = null;
size--;
return;
}
if (Objects.equals(firstNode.getData(), v)) {
firstNode = firstNode.getNext();
size--;
}
Node pre = firstNode;
Node next = pre.getNext();
while (next != null) {
if (Objects.equals(next.getData(), v)) {
pre.setNext(next.getNext());
size--;
next = pre.getNext();
}else {
pre = pre.getNext();
next = pre.getNext();
}
}
}
/**
* 是否包含，包含返回true，不包含返回false
*/
public boolean contains(V v){
if (size == 0) {
return false;
}
Node current = firstNode;
while (current != null) {
if (Objects.equals(v, current.getData())) {
return true;
}
current = current.getNext();
}
return false;
}
/**
* 获取第一个元素
*/
public V getFirst(){
if (size == 0) {
return null;
}
return (V)firstNode.getData();
}
/**
* 删除第一个元素
*/
public V removeFirst(){
if (size == 0) {
return null;
}
Node temp = firstNode.getNext();
firstNode = temp;
if (temp == null) {
return null;
}
return (V)temp.getData();
}
/**
* 打印链表的所有元素
*/
public void showAll(){
if (size != 0) {
Node current = firstNode;
while (current != null){
System.out.print(current.getData() + "/");
current = current.getNext();
}
}
}
/**
* 获取元素个数
*/
public int getSize(){
return size;
}
}
2、双端链表Java实现
双端链表与传统的链表非常类似，但是它有一个新增的特性：即对链表中最后一个节点的引用lastNode。我们可以像在单链表中在表头插入一个元素一样，在链表的尾端插入元素。如果不维护对最后一个节点的引用，我们必须要迭代整个链表才能得到最后一个节点，然后再插入，效率很低。因此我们在双链表中添加一个addLast方法，用于添加节点到末尾。
addLast方法分析：直接将链表中维护的lastNode的next引用指向新的节点，再将lastNode的引用指向新的节点即可。
因为单链表中，大部分的代码在双端链表中都可以重用，所以此处我们编写的DoubleLinkList只要继承SingleLinkList，添加必要的属性和方法支持从尾部操作即可。
下面是代码实现：
public class DoubleLinkList<V> extends SingleLinkList<V> {
protected Node lastNode = null;
/**
* 添加到链表最后
*/
public void addLast(V v) {
Node node = new Node();
node.setData(v);
if (size == 0) {// 说明没有任何元素，说明第一个元素
firstNode = node;
} else {// 如果有元素，将最后一个节点的next指向新的节点即可
/*
* 这里有一个要注意的地方： 当size=1的时候，firstNode和lastNode指向同一个引用
* 因此lastNode.setNext时，fisrtNode的next引用也会改变;
* 当size!=1的时候，lastNode的next的改变与firstNode无关
*/
lastNode.setNext(node);
}
// 将lastNode引用指向新node
lastNode = node;
size++;
}
/**
* 当链表中没有元素时，清空lastNode引用
*/
@Override
public void remove(V v) {
super.remove(v);
if (size == 0) {
lastNode = null;
}
}
/**
* 因为在SingleLinkList中并没有维护lastNode的信息，我们要自己维护
*/
@Override
public Node addFirst(V v) {
Node node = super.addFirst(v);
if (size == 1) {// 如果链表为size为1，将lastNode指向当前节点
lastNode = node;
}
return node;
}
}3、有序链表
所谓有序链表，就是链表中Node节点之间的引用关系是根据Node中维护的数据data的某个字段为key值进行排序的。为了在一个有序链表中插入，算法必须首先搜索链表，直到找到合适的位置：它恰好在第一个比它大的数据项前面。
当算法找到了要插入的数据项的位置，用通常的方式插入数据项：把新的节点Node指向下一个节点，然后把前一个节点Node的next字段改为指向新的节点。然而，需要考虑一些特殊情况，连接点有可能插入在表头或者表尾。