单链表的代码实现

写在前面：

　　链表采用一组地址任意的存储单元存放线性表中的数据元素，链式结构的线性表不会按线性的逻辑顺序来保存数据元素，它需要在每一个元素里保存一个引用下一个数据元素的引用（或者叫指针）。它的每个节点都必须包含数据元素本身和一或两个用来引用上一个/下一个节点的引用。

优点：由于不必须按顺序存储，链表在插入、删除数据元素时比顺序线性表快得多。使用链表结构可以克服顺序线性表（基于数组）需要预先知道数据大小的缺点，链表可以充分利用计算机内存空间，实现灵活的内存动态管理。

缺点：链表在查找一个节点或者访问特点编号的节点则比顺序线性表慢得多。由于链表结构失去了数组随机存取的优点，同时链表由于增加了节点的指针域，空间开销比较大。

以下使用Java语言实现一个单链表：

package com.ietree.basic.datastructure.linklist;

/**
 * 链式存储结构
 * 
 * @param <T>
 * @author Dylan
 */
public class LinkList<T> {

    // 定义一个内部类Node，Node实例代表链表的节点
    private class Node {
        
        // 保存节点的数据
        private T data;
        // 指向下一个节点的引用
        private Node next;
        // 无参构造器
        public Node() {
        }
        // 初始化全部属性的构造器
        public Node(T data, Node next) {
            this.data = data;
            this.next = next;
        }
    }
    
    // 保存该链表的头节点
    private Node header;
    // 保存该链表的尾节点
    private Node tail;
    // 保存该链表中已包含的节点数
    private int size;
    
    // 创建空链表
    public LinkList() {
        // 空链表，header和tail都是null
        header = null;
        tail = null;
    }
    
    // 以指定数据元素来创建链表，该链表只有一个元素
    public LinkList(T element) {
        
        header = new Node(element, null);
        tail = header;
        size++;
        
    }
    
    // 返回链表的长度
    public int length() {
        
        return size;
        
    }
    
    // 获取链式线性表中索引为index处的元素
    public T get(int index) {

        return getNodeByIndex(index).data;

    }
    
    // 根据索引index获取指定位置的节点
    public Node getNodeByIndex(int index) {

        if (index < 0 || index > size - 1) {
            
            throw new IndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
            
        }
        
        // 从header节点开始
        Node current = header;
        for (int i = 0; i < size && current != null; i++, current = current.next) {
            if (i == index) {
                return current;
            }
        }

        return null;
    }
    
    // 查找链式线性表中指定元素的索引
    public int locate(T element) {
        
        // 从头节点开始搜索
        Node current = header;
        for (int i = 0; i < size && current != null; i++, current = current.next) {
            if (current.data.equals(element)) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }
    
    // 向线性表的指定位置插入一个元素
    public void insert(T element, int index) {
        
        if (index < 0 || index > size) {
            
            throw new IndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
            
        }
        
        // 如果还是空链表
        if (header == null) {
            
            add(element);
            
        } else {
            // 当index为0时，即在链表头处插入
            if (index == 0) {
                
                addAtHeader(element);
                
            } else {
                
                // 获取插入点的前一个节点
                Node prev = getNodeByIndex(index - 1);
                // 让prev的next指向新节点，让新节点的next引用指向原来prev的下一个节点
                prev.next = new Node(element, prev.next);
                size++;
                
            }
        }
    }
    
    // 采用尾插法为链表添加新节点
    public void add(T element) {
        
        // 如果该链表还是空链表
        if (header == null) {
            
            header = new Node(element, null);
            // 只有一个节点，header、tail都指向该节点
            tail = header;
            
        } else {
            
            // 创建新节点
            Node newNode = new Node(element, null);
            // 让尾节点的next指向新增的节点
            tail.next = newNode;
            // 以新增节点作为新的尾节点
            tail = newNode;
            
        }
        size++;
    }
    
    // 采用头插法为链表添加新节点
    public void addAtHeader(T element) {
        
        // 创建新节点，让新节点的next指向原来的header
        // 并以新节点作为新的header
        header = new Node(element, header);
        // 如果插入之前是空链表
        if (tail == null) {
            
            tail = header;
            
        }
        size++;
    }
    
    // 删除链式线性表中指定索引处的元素
    public T delete(int index) {
        
        if (index < 0 || index > size - 1) {
            
            throw new IndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
            
        }
        Node del = null;
        // 如果被删除的是header节点
        if (index == 0) {
            
            del = header;
            header = header.next;
            
        } else {
            
            // 获取删除点的前一个节点
            Node prev = getNodeByIndex(index - 1);
            // 获取将要被删除的节点
            del = prev.next;
            // 让被删除节点的next指向被删除节点的下一个节点
            prev.next = del.next;
            // 将被删除节点的next引用赋为null
            del.next = null;
            
        }
        size--;
        return del.data;
    }
    
    // 删除链式线性表中最后一个元素
    public T remove() {
        
        return delete(size - 1);
        
    }
    
    // 判断链式线性表是否为空表
    public boolean empty() {
        
        return size == 0;
        
    }
    
    // 清空线性表
    public void clear() {
        
        // 将header、tail赋为null
        header = null;
        tail = null;
        size = 0;
        
    }
    
    public String toString() {
        
        // 链表为空链表时
        if (empty()) {

            return "[]";

        } else {

            StringBuilder sb = new StringBuilder("[");
            for (Node current = header; current != null; current = current.next) {
                sb.append(current.data.toString() + ", ");
            }
            int len = sb.length();
            return sb.delete(len - 2, len).append("]").toString();
            
        }
    }
}

测试类：

package com.ietree.basic.datastructure.linklist;

public class LinkListTest {
    public static void main(String[] args) {

        LinkList<String> list = new LinkList<String>();
        list.insert("aaaa", 0);
        list.add("bbbb");
        list.add("cccc");
        list.insert("dddd", 1);
        System.out.println(list);
        list.delete(2);
        System.out.println(list);
        System.out.println("cccc在链表中的位置：" + list.locate("cccc"));
        System.out.println("链表中索引2处的元素：" + list.get(2));
    }
}

程序输出：

[aaaa, dddd, bbbb, cccc]
[aaaa, dddd, cccc]
cccc在链表中的位置：2
链表中索引2处的元素：cccc