第三章 链表

1 基本概念

• 链表是一系列存储数据元素的单元通过指针串接起来形成的，因此每个单元至少有两个域，一个域用于数据元素的存储，另一个或两个域是指向其他单元的指针。这里具有一个数据域和多个指针域的存储单元通常称为结点（node）。
• 链表分为带头结点的链表和不带头结点的链表，根据实际需要来确定。
• 指向链表中第一个结点的指针称为头指针，头指针是链表必须的元素；
• 链表数据结构中主要包含单向链表、双向链表及循环链表。

2 概念辨析：头结点，头指针

• 通常使用“头指针”来标识一个链表，头指针始终指向链表的第一个结点。如单链表L，头指针为NULL的时表示一个空链表。下图为一个不带头结点的单链表，头指针指向链表第一个结点，但结点1并不是头结点；

  

• 在单链表的第一个结点之前附加一个结点，称为头结点。头结点的Data域可以不存储任何信息，也可以记录表长等相关信息。如下图，就是一个含有头结点的链表，此时头指针指向头结点；

• 无论是否有头结点，头指针始终指向链表的第一个结点。如果有头结点，头指针就指向头结点。

3 单链表

 单链表只有一个指针域，在整个结点中数据域用来存储数据元素，指针域用于指向下一个具有相同结构的结点，如下图所示。

 与数组类似，单向链表中的节点也具有一个线性次序。如下图所示，如果节点 1 的 next 引用指向节点2，则结点1就是结点2的直接前驱，结点2是结点1的直接后继。即只能通过前驱节点找到后继节点，而无法从后继节点找到前驱节点。

特点：

• 数据元素的存储对应的是不连续的存储空间，每个存储结点对应一个需要存储的数据元素。每个结点是由数据域和指针域组成。 元素之间的逻辑关系通过存储节点之间的链接关系反映出来。
• 逻辑上相邻的节点物理上不必相邻。

优点：

• 插入、删除灵活 。不必移动节点，只要改变节点中的指针，但是需要先定位到结点上。
• 有元素才会分配结点空间，不会有闲置的结点。

缺点：

• 比顺序存储结构的存储密度小 。每个节点都由数据域和指针域组成，所以相同空间内假设全存满的话顺序比链式存储更多。
• 查找结点时链式存储要比顺序存储慢。每个节点地址不连续、无规律，导致按照索引查询效率低下。

单链表的Java实现

package com.victor.linkedlist;

import java.util.Scanner;


public class SingleLinkedListDemo {

	public static void main(String[] args) {
		SingleLinkedList  sll = new SingleLinkedList();
		char key = ' '; //接收用户输入
		Scanner scanner = new Scanner(System.in);
		boolean loop = true;
		//输出一个菜单栏
		while(loop){
			System.out.println("s(show): 打印链表");
			System.out.println("a(add): 从尾部添加结点");
			System.out.println("g(get): 删除尾结点");
			System.out.println("l(head): 输出链表长度");
			System.out.println("e(exit): 退出程序");
			key = scanner.next().charAt(0);
			switch (key) {
			case 's':
				sll.showLinkedList();
				break;
			case 'a': //从尾部添加结点
				System.out.println("请输入一个整数");
				int value = scanner.nextInt();
				sll.addFromTail(value);  //最好判断一下value是不是整数
				break;
			case 'g': //删除链表尾结点
				try {
					int res = sll.getListNode();;
					System.out.printf("删除的结点值为%d
", res);
				} catch (Exception e) {
					System.out.println(e.getMessage()); 
				}
				break;
			case 'l': //输出链表长度
				System.out.printf("链表长度为%d
", sll.getLength());
				break;
			case 'e': //退出
				scanner.close();
				loop = false;
				break;
			default:
				break;
			}
		}
		System.out.println("程序退出");
	}
}

//定义结点类
class ListNode{
	private int data;
	private ListNode next = null;
	
	//构造方法
	public ListNode(int data) {
		this.data = data;
	}
	
	//返回data值
	public int getData() {
		return this.data;
	}

	//设置data值
	public void setData(int data) {
		this.data = data;
	}

	//返回下一个结点地址
	public ListNode getNext() {
		return this.next;
	}

	//设置下一个结点地址
	public void setNext(ListNode next) {
		this.next = next;
	}

	//重写toString方法
	@Override
	public String toString() {
		return "ListNode [data=" + data + "]";
	}
}

//定义单链表类
class SingleLinkedList{
	//头结点
	private ListNode head;
	
	//构造方法
	public SingleLinkedList() {
		head = new ListNode(-1);
	}
	
	//头插法添加结点
	public void addFromHead(int data) {
		ListNode ListNode = new ListNode(data);  //新建结点
		ListNode curr = head.getNext();
		head.setNext(ListNode);
		ListNode.setNext(curr);
	}
	
	//尾插法添加结点
	public void addFromTail(int data) {
		ListNode ListNode = new ListNode(data);  //新建结点
		ListNode curr = head;
		while(curr.getNext() != null) {
			curr = curr.getNext();
		}
		curr.setNext(ListNode);
	}
	
	//删除链表尾结点
	public int getListNode() {
		if (head.getNext() == null) {
			throw new RuntimeException("链表为空链表");
		}
		ListNode curr = head;
		ListNode prev = head;
		while(curr.getNext() != null) {
			prev = curr;
			curr = curr.getNext();
		}
		prev.setNext(null);
		return curr.getData();
	}
	
	//求链表长度
	public int getLength() {
		int length = 0;
		ListNode curr = head;
		while(curr.getNext() != null) {
			length++;
			curr = curr.getNext();
		}
		return length;
	}
	
	//打印链表
	public void showLinkedList() {
		ListNode curr = head.getNext();
		while(curr != null) {
			System.out.println(curr);
			curr = curr.getNext();
		}
	}

}

reference

深刻理解：带头结点和不带头结点的区别 使用头结点的优势https://blog.csdn.net/qq_24118527/article/details/81317410

链表详解（易懂）https://blog.csdn.net/SlimShadyKe/article/details/89503062

详细实现单链表的基本操作【Java版】

java实现单链表常见操作

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