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链表结构 🍎

典型的链表结构,包括如下内容:

  1. 数据部分,保存的是该结点的实际数据。
  2. 地址部分,保存的是下一个结点的地址。 链表结构就是由许多这种结点构成的。在进行链表操作时,首先需定义一个“头引用”变量(一般以head表示),该引用变量指向链表结构的第一个结点,第一个结点的地址部分又指向第二个结点......直到最后一个结点。最后一个结点不再指向其他结点,称为“表尾”,一般在表尾的地址部分放一个空地址null,链表到此结束。

链式存储是最常用的存储方式之一,它不仅可用来表示线性表,而且可用来表示各种非线性的数据结构。链表结构还可以细分为如下几类:

  1. 单链表:同上面的链式结构一样,每个结点只包含一个引用。
  2. 双向链表:若每个结点包含两个引用,一个指向下一个结点,另一个指向上一个结点,这就是双向链表。
  3. 单循环链表:在单链表中,将终端结点的引用域null改为指向表头结点或开始结点即可构成单循环链表。
  4. 多重链的循环链表:如果表中结点链在多个环上,将构成多重链的循环链表。

准备数据

准备在 链表操作中需要用到的变量及类。

class DATA{
	String key;			// 结点的关键字
	String name;
	int age;
}

/*
 * 定义链表结构
 * Chain-type storage structure
 */
class CLType{
	DATA nodeData = new DATA();
	CLType nextNode;
}

上述代码定义了链表数据元素的类DATA及链表的类CLType。结点的具体数据保存在一个类DATA中,而引用nextNode用来指向下一个结点。

其实可以认为该链表是一个班级学生的记录,和上面顺序表所完成的工作类似。

追加结点

追加结点即在链表末尾增加一个结点。表尾结点的地址部分原来保存的是空地址null,此时需要将其设置为新增加结点的地址(即原表尾结点指向新增结点),然后将新增结点的地址部分设置为空地址null,即新增节点成为表尾

由于一般情况下,链表只有一个头引用head,要在末尾添加结点就需要从头引用head开始逐个检查,直到找到最后一个结点(即表尾)。

CLType CLAddEnd(CLType head, DATA nodeData){
	CLType node,htemp;
	if((node=new CLType())==null){
		System.out.println("申请内存失败!\n");
		return null;
	}else{
		node.nodeData = nodeData;		// 在新申请的结点中保存数据
		node.nextNode = null;		// 设置结点引用为空,即为表尾
		if(head == null){		// 当head为空时,加入的新结点即为头引用
			head = node;
			return head;
		}
		htemp = head;
		while(htemp.nextNode != null){		// 查找链表的末尾
			htemp = htemp.nextNode;
		}
		htemp.nextNode = node;		// 在链表的末尾插入该结点
		return head;		// 返回指代整个链表的头引用
	}
}

在上述代码中,输入参数head为链表头引用,输入参数nodeData为结点保存的数据。程序中,使用new关键字申请保存结点数据的内存空间,如果分配内存成功,node中将保存指向该内存区域的引用。然后,将传入的nodeData保存到申请的内存区域,并设置该结点指向下一结点的引用值为null,最后将该结点链接到链表的末尾。

插入头结点

插入头结点即在链表的首部添加结点的过程。 步骤如下:

  1. 分配内存空间,保存新增的结点。
  2. 使新增结点指向头引用head所指向的结点。
  3. 使头引用head指向新增结点。
CLType CLAddFirst(CLType head, DATA nodeData){
	CLType node;
	if((node = new CLType())==null){
		System.out.println("申请内存失败!\n");
		return null;
	}else{
		node.nodeData = nodeData;		// 保存数据
		node.nextNode = head;		// 新加入的头结点的nextNode指向头引用所指的结点
		head = node;		// 头引用指向新节点
		return head;
	}
}

查找结点

通过关键字进行查询。

CLType CLFindNode(CLType head, String key){
	CLType htemp;
	htemp = head;
	while(htemp!=null){			// 循环遍历,寻找关键字匹配的结点
		if(htemp.nodeData.key.compareTo(key)==0){	
			return htemp;
		}
		htemp = htemp.nextNode;
	}
	return null;
}

在上述代码中,输入参数head为链表的头引用,输入参数key是用来在链表中进行查找结点的关键字。程序中,首先从链表头引用开始,对结点进行逐个比较,直到查找到。找到关键字相同的结点后,返回该结点的引用,方便调用程序处理。

插入结点

插入结点就是在链表中间部分的指定位置增加一个结点。插入结点的操作步骤如下:

  1. 分配内存空间,保存新增的结点。
  2. 找到要插入的逻辑位置,也就是那两个结点之间。
  3. 使新增节点指向原插入位置所指向的结点,并修改插入位置结点的引用,使其指向新增结点。
CLType CLInsertNode(CLType head, String findKey, DATA nodeData){	// 插入关键字结点
	CLType node, nodetemp;
	if((node = new CLType())==null){
		System.out.println("申请内存失败!\n");
		return null;
	}
	node.nodeData = nodeData;
	nodetemp = CLFindNode(head, findKey);		// 获取插入位置关键字所指代的结点
	if(nodetemp == null){
		System.out.println("未找到正确的插入位置!\n");
	}else{							
		node.nextNode = nodetemp.nextNode;		// 新插入的节点的nextNode指向关键字结点的下一结点
		nodetemp.nextNode = node;				// 设置关键结点指向新插入结点
	}
	return head;
}

删除结点

删除结点就是将链表中的某个结点数据删除。删除结点的操作步骤如下:

  1. 查找需要删除的结点。
  2. 使前一结点指向当前结点的下一结点。
  3. 删除结点。
int CLDeleteNode(CLType head, String key){		// 删除关键字结点
	CLType htemp,node;		//循环遍历时,htemp保存当前结点指针,node保存当前结点的前一结点
	htemp = head;
	node = head;
	while(htemp != null){
		if(htemp.nodeData.key.compareTo(key)==0){ // 遍历查找
			node.nextNode = htemp.nextNode;	// 上一结点的引用指向当前结点的下一结点,删除当前结点
			return 1;
		}
		node = htemp;						// 保存当前结点
		htemp = htemp.nextNode;					// 当前结点更新指向下一个结点
	}
	return 0;
}

注意,此时被删除结点仍然保存在内存中,接着执行赋值null操作,用来释放被删除节点所占用的内存空间。

计算链表长度

统计链表结构中结点的数量,由于链表结构在物理上不是连续存储的,因此,需要遍历整个链表来对结点数量进行累加。

int CLLength(CLType head){			//返回结点总数
	CLType htemp;
	int len = 0;
	htemp = head;
	while(htemp!=null){				// 循环遍历累计总结点数
		len++;
		htemp=htemp.nextNode;
	}
	return len;
}

程序中通过while循环来遍历整个链表,从而累加数量并返回。

显示所有结点

void CLAllNode(CLType head){		// 遍历链表输出所有数据
	CLType htemp;
	htemp = head;
	System.out.printf("\n当前链表共有%d个结点。链表所有数据如下:\n",CLLength(head));
	while(htemp != null){
		System.out.printf("结点(%s,%s,%d)\n",htemp.nodeData.key, htemp.nodeData.name, htemp.nodeData.age);
		htemp = htemp.nextNode;
	}
}

链表操作实例

完整实例源码: LinkedList.java

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