玩转数据结构（三）实现链表LinkedList

链表是一种线性数据结构，是由一个个节点构成，节点之间由指针（引用）连接起来；

凡是谈到链表就要和数组来做比较。那来比较一下数组和链表的区别：

1. 数组要求的内存连续，而链表不需要
2. 数组的增删比较复杂，需要涉及数组元素的移动操作，而链表的增删只需要更改指针的指向即可
3. 数组按照索引查询的时间复杂度为O（1），而链表查找一个元素时需要从头结点开始遍历查找
4. 数组存储内容没有浪费额外空间，而链表花费空间存储了指针（引用）

下面使用Java实现自己的链表。

实现代码

/**
 * 链表
 * @param <E> 泛型
 */
public class LinkedList<E> {
    /**
     * 链表结点的定义
     */
    private class Node {
        private E e;
        private Node next;

        public Node(E e, Node next) {
            this.e = e;
            this.next = next;
        }

        public Node(E e) {
            this(e, null);
        }

        public Node() {
            this(null, null);
        }

        @Override
        public String toString() {
            return e.toString();
        }
    }

    //虚拟头结点:为了避免头结点的特殊处理
    private Node dummyHead;
    //链表元素个数
    private int size;

    public LinkedList() {
        dummyHead = new Node();
        size = 0;
    }

    public int getSize() {
        return size;
    }

    public boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    public void addFirst(E e) {
        add(0, e);
    }

    public void addLast(E e) {
        add(size, e);
    }

    public void add(int index, E e) {
        //判断index合法性
        if(index < 0 || index > size) {
            throw new IllegalArgumentException("add Failed! index is illegal!");
        }

        //查找指定索引的前一个结点的索引
        Node prev = dummyHead;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            prev = prev.next;
        }

//        Node node = new Node(e);
//        node.next = prev.next;
//        prev.next = node;
        prev.next = new Node(e, prev.next);
        size++;
    }

    //获取指定下标的元素
    public E get(int index) {
        //判断index合法性
        if(index < 0 || index >= size) {
            throw new IllegalArgumentException("get Failed! index is illegal!");
        }
        Node cur = dummyHead.next;
        for(int i = 0; i < index; i++) {
            cur = cur.next;
        }

        return cur.e;
    }

    public E getFirst() {
        return get(0);
    }

    public E getLast() {
        return get(size - 1);
    }

    //更新某位置的元素为新元素
    public void set(int index, E e) {
        //判断index合法性
        if(index < 0 || index >= size) {
            throw new IllegalArgumentException("set Failed! index is illegal!");
        }

        Node cur = dummyHead.next;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            cur = cur.next;
        }

        cur.e = e;
    }

    //判断链表中是否包含某元素
    public boolean contains(E e) {
        for(Node cur = dummyHead.next; cur != null; cur = cur.next) {
            if(cur.e.equals(e)) {
                return true;
            }
        }

        return false;
    }

    //删除指定位置的元素
    public E remove(int index) {
        //判断index合法性
        if(index < 0 || index >= size) {
            throw new IllegalArgumentException("remove Failed! index is illegal!");
        }

        //先找到前一个位置的元素
        Node prev = dummyHead;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            prev = prev.next;
        }

        Node delNode = prev.next;
        prev.next = delNode.next;
        delNode.next = null;
        size--;

        return delNode.e;
    }

    public E removeFirst() {
        return remove(0);
    }

    public E removeLast() {
        return remove(size - 1);
    }

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        for(Node cur = dummyHead.next; cur != null; cur = cur.next) {
            res.append(cur.e + "->");
        }

        res.append("NULL");

        return res.toString();
    }
}

测试代码

public static void main(String[] args) {
        LinkedList<Integer> list = new LinkedList<>();
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            list.addLast(i);
        }
        System.out.println(list);

        System.out.println("链表中元素个数：" + list.getSize());
        System.out.println("链表中首元素：" + list.getFirst());
        System.out.println("链表中尾元素：" + list.getLast());
        System.out.println("链表获取下标为2的元素：" + list.get(2));
    }

结果

0->1->2->3->4->5->6->7->8->9->NULL
链表中元素个数：10
链表中首元素：0
链表中尾元素：9
链表获取下标为2的元素：2