实现单链表的基本操作（力扣、牛客刷题的基础&笔试题常客）

本节来学习单链表的实现。在链表的刷题中，单链表占主导地位，很多oj题都在在单链表的背景下进行；而且很多链表的面试题都是以单链表为背景命题。所以，学好单链表的基本操作很重要

目录

一.介绍单链表

1.链表及单链表

2.定义一个链表

二.实现单链表的功能

1.插入数据

2.打印链表

3.删除数据

4.查找某个元素

5.检测链表大小

6.完整的链表

---

一.介绍单链表

1.链表及单链表

（1）什么是链表

链表是一种物理存储结构上非连续存储结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表中的引用链接次序实现的。

例如下面的这种数据结构，由一个个的结点组成。每个结点中存储着数据，又存储着其他结点的地址。

（2）什么是单链表

链表有三个特点：单向和双向、带头和不带头、循环和不循环；三三组合起来，一共8种情况（比如单向不带头不循环链表，就是本节的单向链表）。

单向和双向：单向表示每个结点只存后一个结点的地址；双向表示每个结点存放前后结点的地址。

区别：双向链表可以知道某个结点的前面结点，单向链表只能找到它后面的结点

带头和不带头：带头的链表会有一个固定的头结点（也称为哨兵位），所有操作都在头结点后面操作；不带头的链表则会自己定义一个结点用来表示当前链表的头，该结点也称为头结点，但是该头结点的位置是不停的变化的

区别：带头的链表，头结点的位置是固定不变的?

循环和非循环：循环的链表，最后一个结点存放第一个结点的地址，非循环的链表最后一个结点存放的地址为null，也就是不指向任何的结点

区别：循环的链表也可以称为环，链表的遍历不会结束，而非循环会结束

本节介绍的单链表为：单向不带头非循环的链表，如下图的链表

?

2.定义一个链表

（1）定义一个链表（单独一个类）

public class MyList{
  
}

（2）将链表的功能包装称接口

public interface IList {

    public void addFirst(int data);//头插
    public void addLast(int data);//尾插
    public void add(int index,int data);//任意位置插入
    public boolean contains(int key);//检查key元素是否存在
    public void remove(int key);//删除第一个key
    public void removeAll(int key);//删除所有key
    public int size();//求链表的长度
    public void clear();//清空链表
    public void show();//打印链表

}

（3）链表实现该接口并重写方法

public class MyList implements IList{
  
    @Override
    public void addFirst(int data) {
        //头插
    }

    @Override
    public void addLast(int data) {
        //尾插    
    }

    @Override
    public void add(int index, int data) {
        //指定位置插入
    }

    @Override
    public boolean contains(int key) {
        //查找key元素
    }

    @Override
    public void remove(int key) {
        //删除第一个key     
    }

    @Override
    public void removeAll(int key) {
        //删除所有key结点
     
    }

    @Override
    public int size() {
        //求链表大小
    
    }

    @Override
    public void clear() {
        //清空链表
    }

    @Override
    public void show() {
       
    }
}

（4）定义链表的结点

我们将结点定义成一个内部类：包括数据域（data）和next域（存放下一个结点的地址）

public class MyList implements IList{

    class ListNode {
        public int data;//数据域
        public ListNode next;

        public ListNode(int data) {
            this.data = data;
        }
     }
    public ListNode head;//定位头的位置
  
    @Override
    public void addFirst(int data) {
        //头插
    }

    @Override
    public void addLast(int data) {
        //尾插    
    }

    @Override
    public void add(int index, int data) {
        //指定位置插入
    }

    @Override
    public boolean contains(int key) {
        //查找key元素
    }

    @Override
    public void remove(int key) {
        //删除第一个key     
    }

    @Override
    public void removeAll(int key) {
        //删除所有key结点
     
    }

    @Override
    public int size() {
        //求链表大小
    
    }

    @Override
    public void clear() {
        //清空链表
    }

    @Override
    public void show() {
       
    }
}

这样一个链表的基本结构就定义完成，接下来就是实现链表的一些功能即可

二.实现单链表的功能

链表的功能大概有以下几种，插入数据（头插，尾插，随机插入），打印链表的数据，删除链表的数据，查找某个元素和监测链表的大小。

接下来我们慢慢了解

1.插入数据

（1）头插法

下面的是头插法的代码

public void addFirst(int data) {
        //头插
        ListNode node = new ListNode(data);

        node.next = head;//
        head = node;
}

第一步：需要创造一个新的结点出来

第二步：连接链表；分为两种情况：第一种是空链表的时候（一个结点都没有的时候），另一种是非空链表的时候。以上的代码都满足

?

（2）尾插法

尾插法的逻辑稍微复杂一点点，同样需要考虑链表的两种情况；空链表时需要单独讨论，而当链表非空时，则需要找链表的尾巴。

第一步：创造新的结点

ListNode node = new ListNode(data);

第二步：考虑空链表的情况

if(head == null) {
      head = node;
      return;
}

?第三步：找链表的尾巴

这个注意，我们不能移动head，head需要保持不动，不然链表的头将不见。

ListNode cur = head;
while(cur.next!=null) {
     cur = cur.next;
}

第四步：将新的结点连接到尾结点后面即可

cur.next = node;

完整的尾插法代码：

 public void addLast(int data) {
        //尾插
        ListNode node = new ListNode(data);
        if(head == null) {
            head = node;
            return;
        }
        ListNode cur = head;
        while(cur.next!=null) {
            cur = cur.next;
        }
        cur.next = node;
    }

（3）随机位置插入

 public void add(int index, int data)

随机位置插入，需要用户指定插入的位置和值；所以需要讨论以下的情况

第一步：创造新的结点

ListNode node = new ListNode(data);

第二步：检查用户指定插入的位置是否合法

 if(index < 0 || index > size()) {
      System.out.println("插入位置不合法");
      return;
}

第三步：检查链表是否为空

 if(head == null) {
      head = node;
      return;
}

第四步：检查是否为头插法

如果是头插法就直接调用头插法就可以，不需要再浪费时间去写这个代码。尾插法需要单独考虑，和普通插入当成一种即可。

 if(index == 0) {
       addFirst(data);
       return;
}

第五步：找到插入位置的前一个结点

在单链表中，只能找前一个的位置，如果找的是后一个位置，将无法获取前结点的信息

int count = index-1;
ListNode cur = head;
while(count > 0) {
      cur = cur.next;
      count--;
}

此时的cur指向插入位置的前一个结点

第六步：插入新的结点

插入新的结点都是要求连接后面，再连接前面

node.next = cur.next;
cur.next = node;

完整代码：

 public void add(int index, int data) {
        //指定位置插入
        ListNode node = new ListNode(data);
        ListNode cur = head;
        //1.检查位置是否合法
        if(index < 0 || index > size()) {
            System.out.println("插入位置不合法");
            return;
        }
        //2.空链表情况
        if(head == null) {
            head = node;
            return;
        }
        //3.头插法情况（index = 0）
        if(index == 0) {
            addFirst(data);
            return;
        }
        //4.找前位置
        int count = index-1;
        while(count > 0) {
            cur = cur.next;
            count--;
        }
        //5.插入数据
        node.next = cur.next;
        cur.next = node;
    }

2.打印链表

打印链表比较简单，就是需要将链表遍历一遍即可，同样的道理，不能动head

  public void show() {
        //打印
        ListNode cur = head;
        while(cur!=null) {
            System.out.print(cur.data+" ");
            cur = cur.next;
        }
    }

3.删除数据

删除数据分为两种：一种是删除一个key结点；另一种是删除所以的key结点。删除的参数都是根据结点的值来判断

下面我们一起来查看这两种的代码和思路

（1）删除第一个key结点

第一步：判断是否为空链表

如果是空链表的情况，无论如果都无法删除，直接返回就好

 if(head == null) {
       System.out.println("链表为空，无法删除");
       return;
 }

第二步：单独考虑头结点是否是目标结点

 if(head.data == key) {
      head = head.next;
      return;
}

第三步：一边遍历链表一边删除结点

这里只需要遍历一遍就可以完成，不需要再找什么前结点；下面的代码是判断下一个结点是否为删除的结点，如果是，直接断开连接就好，不是则继续往下走

 ListNode cur = head;
       while(cur.next!=null) {
         if(cur.next.data==key) {
             cur.next = cur.next.next;//删除操作
             return;
         }else {
              cur = cur.next;
        }
  }

第四步：链表中不存在key结点

System.out.println("没有该结点，删除失败！");

完整代码：

public void remove(int key) {
        //删除第一个key
        //1.空表
        if(head == null) {
            System.out.println("链表为空，无法删除");
            return;
        }
        //2.头结点就是目标结点
        if(head.data == key) {
            head = head.next;
            return;
        }
        //3.正常删除
        ListNode cur = head;
        while(cur.next!=null) {
            if(cur.next.data==key) {
                cur.next = cur.next.next;//删除操作
                return;
            }else {
                cur = cur.next;
            }
        }
        //4.找不到
        System.out.println("没有该结点，删除失败！");
    }

（2）删除所有的key结点

删除所有的结点是在删除一个key结点的前提下改进即可，删除一个key结点时，直接返回了，然后删除所有的key，我们不返回就好。下面分三步

第一步：判断是否为空链表

 if(head == null) {
      System.out.println("链表为空，无法删除");
      return;
 }

第二步：删除头结点后面的所有key结点

下面的代码无法删除头结点，所以头结点的情况单独考虑并且放在最后面?

        ListNode cur = head.next;//需要删除的结点
        ListNode prev = head;//删除结点的前一个
        //2.删除中间的结点
        while(cur != null) {
            if(cur.data != key) {
                prev = cur;//让prev走到cur的位置
                cur = cur.next;//cur往下走
            }else {
              prev.next = cur.next;
              cur = cur.next;
            }

        }

第三步：删除头结点

if(head.data == key) {
    head = head.next;
}

完整代码：

 public void removeAll(int key) {
        //删除所有key结点
        //1.检查空链表情况
        if(head == null) {
            System.out.println("链表为空，无法删除");
            return;
        }

        ListNode cur = head.next;//需要删除的结点
        ListNode prev = head;//删除结点的前一个
        //2.删除中间的结点
        while(cur != null) {
            if(cur.data != key) {
                prev = cur;//让prev走到cur的位置
                cur = cur.next;//cur往下走

            }else {
              prev.next = cur.next;
              cur = cur.next;
            }

        }
        //3.删除头结点
        if(head.data == key) {
            head = head.next;
        }

    }

4.查找某个元素

查找某个元素是否存在时，根据结点的值去查找

如果结点存在，返回true；不存在则返回false

 public boolean contains(int key) {
        //查找key元素
        ListNode cur = head;
        while(cur!=null) {
            if(cur.data == key) {
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }

5.检测链表大小

求链表的结点个数只需要遍历一遍链表即可，每走到一个结点的位置，计数器就家加1，最后返回即可

  public int size() {
        //求链表大小
        ListNode cur = head;
        int count = 0;
        while(cur!=null) {
            count++;
            cur = cur.next;
        }
        return count;
    }

6.完整的链表

public class MyList implements IList{
    class ListNode {
        public int data;//数据域
        public ListNode next;

        public ListNode(int data) {
            this.data = data;
        }
    }
    public ListNode head;//定位头的位置

    @Override
    public void addFirst(int data) {
        //头插
        ListNode node = new ListNode(data);

        node.next = head;//
        head = node;
    }

    @Override
    public void addLast(int data) {
        //尾插
        ListNode node = new ListNode(data);
        if(head == null) {
            head = node;
            return;
        }
        ListNode cur = head;
        while(cur.next!=null) {
            cur = cur.next;
        }
        cur.next = node;

    }

    @Override
    public void add(int index, int data) {
        //指定位置插入
        ListNode node = new ListNode(data);
        //1.检查位置是否合法
        if(index < 0 || index > size()) {
            System.out.println("插入位置不合法");
            return;
        }
        //2.空链表情况
        if(head == null) {
            head = node;
            return;
        }
        //3.头插法情况（index = 0）
        if(index == 0) {
            addFirst(data);
            return;
        }
        //4.找前位置
        int count = index-1;
        ListNode cur = head;
        while(count > 0) {
            cur = cur.next;
            count--;
        }
        //5.插入数据
        node.next = cur.next;
        cur.next = node;
    }

    @Override
    public boolean contains(int key) {
        //查找key元素
        ListNode cur = head;
        while(cur!=null) {
            if(cur.data == key) {
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }

    @Override
    public void remove(int key) {
        //删除第一个key
        //1.空表
        if(head == null) {
            System.out.println("链表为空，无法删除");
            return;
        }
        //2.头结点就是目标结点
        if(head.data == key) {
            head = head.next;
            return;
        }
        //3.正常删除
        ListNode cur = head;
        while(cur.next!=null) {
            if(cur.next.data==key) {
                cur.next = cur.next.next;//删除操作
                return;
            }else {
                cur = cur.next;
            }
        }
        //4.找不到
        System.out.println("没有该结点，删除失败！");
    }

    @Override
    public void removeAll(int key) {
        //删除所有key结点
        //1.检查空链表情况
        if(head == null) {
            System.out.println("链表为空，无法删除");
            return;
        }

        ListNode cur = head.next;//需要删除的结点
        ListNode prev = head;//删除结点的前一个
        //2.删除中间的结点
        while(cur != null) {
            if(cur.data != key) {
                prev = cur;//让prev走到cur的位置
                cur = cur.next;//cur往下走

            }else {
              prev.next = cur.next;
              cur = cur.next;
            }

        }
        //3.删除头结点
        if(head.data == key) {
            head = head.next;
        }

    }

    @Override
    public int size() {
        //求链表大小
        ListNode cur = head;
        int count = 0;
        while(cur!=null) {
            count++;
            cur = cur.next;
        }
        return count;
    }

    @Override
    public void clear() {
        //清空链表
        head = null;
    }

    @Override
    public void show() {
        //打印
        ListNode cur = head;
        while(cur!=null) {
            System.out.print(cur.data+" ");
            cur = cur.next;
        }
    }
 

}

接口：

public interface IList {

    public void addFirst(int data);//头插
    public void addLast(int data);//尾插
    public void add(int index,int data);//任意位置插入
    public boolean contains(int key);//检查key元素是否存在
    public void remove(int key);//删除第一个key
    public void removeAll(int key);//删除所有key
    public int size();//求链表的长度
    public void clear();//清空链表
    public void show();//打印链表

}

实例化链表对象：

 public static void main(String[] args) {
        MyList myList = new MyList();//实例化链表对象
        myList.addLast(8);
        myList.addLast(1);
        myList.addLast(4);
        myList.show();
    }

---

本节单链表的实现就到这里了，快去自己模拟实现一下吧！