一、单链表介绍
- 单链表是一种链式存取的数据结构，用一组地址任意的存储单元存放线性表中的数据元素。链表中的数据是以节点来表示的，每个节点的构成：data域（数据元素）+next域（下一个结点的存储位置）。
- 单链表与数组相比的最大差别是：单链表的数据元素存放在内存空间的地址是不连续的，而数组的数据元素存放的地址在内存空间中是连续的，这也是为什么根据索引无法像数组那样直接就能查询到数据元素。
- 对于单链表的这种特殊结构，我们可以用“火车”来类比，假设一节车厢可以存储一个数据元素，当数据不够时，就新增一节车厢挂载在火车尾。在遍历时，只能从头部车厢开始遍历，依次走到尾部（即单向遍历，默认从前向后）。
代码实现：
public class SingleLinkedList {
// 当前火车中车厢的节点个数(实际就是具体元素的个数)
private int size;
// 当前火车的火车头
private Node head;
}
class Node {
// 存储具体数据
int val;
// 保存下一个车厢的地址
Node next;
public Node(int val) {
this.val = val;
}
}二、链表的插入操作
1.头插法
插入一个节点，首先要创建一节车厢。
Node node = new Node(val);若火车为空，则当前节点就是头节点，否则-->
if(head == null){
head = node;
}else{
node.next = head;
head = next;
}代码实现：
public void addFirst(int val) {
// 新建一个车厢节点
Node node = new Node(val);
// 判断当前的火车是否为空
if (head == null) {
head = node;
}else {
// 火车中有节点，要把当前新车厢挂载到火车头部
node.next = head;
head = node;
}
size ++;
}2.遍历一个单链表
只能从头结点开始依次向后遍历到车厢尾部。
public String toString() {
String ret = "";
// 遍历火车这个类，
// 从火车头(head)走到火车尾部
// 暂时存储当前头节点地址
Node node = head;
while (node != null) {
ret += node.val;
ret += "->";
// 继续访问下一节车厢
node = node.next;
}
ret += "NULL";
return ret;
}3.在链表中间位置插入
最核心的需要找到待插入位置的前驱节点！！（用prev表示）
addIndex(int index, int val);//在链表中间位置插入- 首先判断index合法性
index < 0 || index > size //非法
- index = 0；//头插
- index在中间位置，例如 addIndex (1,7)，首先创建一个节点node，如下图所示：
Node node = new Node(7);
代码实现：
/**
* 在单链表的任意一个索引位置插入元素val
* @param index 索引位置
* @param val 待插入元素
*/
public void addIndex(int index,int val){
//(1)判断合法性
if (index < 0 ||index > size){
System.err.println("add index illegal !");
return;
}
//2.插入元素
Node node = new Node(val);
//需要找到待插入位置的前驱,从头节点开始向后依次走index-1步
Node prev = head;
for (int i = 0; i < index - 1; i++) {
prev = prev.next;
}
//此时prev指向待插入位置的前驱节点
node.next = prev.next;
prev.next = node;
size ++;
}4.在链表尾部插入
可以直接调用addIndex()方法，但需要注意当index为0时，会抛出空指针异常，所以必须在addIndex()方法中添加index为0时的情况，代码实现如下：
/**
* 在单链表的任意一个索引位置插入元素val
* @param index 索引位置
* @param val 待插入元素
*/
public void addIndex(int index,int val){
//(1)判断合法性
if (index < 0 ||index > size){
System.err.println("add index illegal !");
return;
}
//头插法
if (index == 0){
addFirst(val);
return;
}
//2.插入元素
Node node = new Node(val);
//需要找到待插入位置的前驱,从头节点开始向后依次走index-1步
Node prev = head;
for (int i = 0; i < index - 1; i++) {
prev = prev.next;
}
//此时prev指向待插入位置的前驱节点
node.next = prev.next;
prev.next = node;
size ++;
}
//在单链表的尾部插入元素
public void addlast(int val){
addIndex(size,val);
}三、链表的查询
1.查询index位置的元素值
get(int index);//返回index位置的元素值代码实现：
public int get(int index){
if (rangecheck(index)){
//index 合法
//从头节点开始遍历链表，走到index位置
Node node = head;
//规定了node节点走的步数
for (int i = 0; i < index; i++) {
node = node.next;
}
return node.val;
}else{
System.err.println("get index illegal");
return -1;
}
}node节点的遍历过程：
2.查询值为value的元素是否在单链表中存在
contains(int value);代码实现：
/**
* 判断当前链表中是否包含值为val的节点
* @param val
* @return
*/
public boolean contains(int val){
for(Node temp = head;temp != null;temp = temp.next){
if (temp.val == val){
return true;
}
}
return false;
}3.索引的区间检查
判断合法性 ：index < 0 || index >= size 不合法
所有访问类型（删改查）的index均不能取到size，所以可以将合法性判断抽象为一个方法，
//判断用户输入的index是否合法，只在类内部使用
private boolean rangecheck(int index){
if (index < 0 || index >= size){
return false;
}
return true;
}四、单链表的修改
1.将index位置的值修改为value
set(int index,int newvalue);代码实现：
/**
*
* @param index
* @param newVal
*/
public int set(int index, int newVal){
if (rangecheck(index)){
Node node = head;
for (int i = 0; i <index; i++) {
node = node.next;
}
int oldVal = node.val;
node.val = newVal;
return oldVal;
}else{
System.err.println("set index illegal !");
return -1;
}
}五、单链表的删除
1.删除单链表中index节点
removeIndex(int index);//删除单链表中index节点- index=0，删除头节点。在单链表的插入与删除操作中，都需要找到前驱节点才能进行下一步操作，只有头节点没有前驱节点，所以需要单独处理。
- 注意：当一个节点没有任何引用指向时，就可以被释放空间，所以需要将head.next = null;
- 引入一个临时变量存储原先head节点的地址:
Node temp = head;
temp.next = null;//将头节点真正从链表中断开- index ！= 0 时
- 代码实现：
public void removeIndex(int index){
//1.判断合法性
if (rangecheck(index)){
//2.边界 删除头节点的情况
if (index == 0){
Node temp = head;
head = head.next;
temp.next = null;
}else{
//index是中间位置
//找到待删除节点的前驱
Node prev = head;
for (int i = 0; i < index - 1; i++) {
prev = prev.next;
}
//cur是待删除节点
Node cur = prev.next;
prev.next = cur.next;
cur.next = null;
size --;
}
}else{
System.err.println("remove index illegal !");
}
}
public void removeFirst(){
removeIndex(0);
}
public void removeLast(){
//尾部节点索引值为size-1
removeIndex(size-1);
}2.按值删除
（1）删除单链表中第一个值为value的节点
removeValueOnce(int value);//删除单链表中第一个值为value的节点- 依然可以分为两种情况，当 head.val = val 时，直接删除头节点。
- 当head不是待删除节点时：
Node prev = head;
//prev指向待删除的前驱，要判断前驱的下一个节点值是否等于val
while(prev.next != null){
//cur 就是待删除的节点
if (prev.next.val == val){
Node cur = prev.next;
cur.next = null;
size --;
return;
}
//如果不走if分支，说明prev不是待删除节点的前驱，让prev向后移动
prev = prev.next;
}代码实现：
public void removeValueOnce(int val){
//遍历链表，找到值为val的节点->不知道值为val的节点在哪个位置
//找到后删除（正常的删除都需要找到前驱，只有头节点没有前驱）
if (head != null && head.val == val){
//头节点就是待删除节点
Node temp = head;
head = head.next;
temp.next = null;
size --;
}else{
//此时head一定不是待删除节点
Node prev = head;
//prev指向待删除的前驱，要判断前驱的下一个节点值是否等于val
while(prev.next != null){
//cur 就是待删除的节点
if (prev.next.val == val){
Node cur = prev.next;
cur.next = null;
size --;
return;
}
//如果不走if分支，说明prev不是待删除节点的前驱，让prev向后移动
prev = prev.next;
}
}
}（2） 删除单链表中所有值为value的节点
removeValueAll(int value);//删除单链表中所有值为value的节点- 注意事项：
a.只有当确保prev.next不是待删除的节点时才能移动prev指向.
b.保证prev一定不是待删除节点，如果prev是待删除节点，那该节点一定删不掉.
- 代码实现：
public void removeValueAll(int val){
//判断头节点是否为待删除节点
while(head != null && head.val == val){
head = head.next;
size --;
}
if (head == null){
//此时链表中全是val且已经被删空
return;
}else{
//此时head一定不是待删除节点，且链表中还有节点
Node prev = head ;
while(prev.next != null){
if(prev.next.val ==val){
//此时prev.next就是待删除节点
Node cur = prev.next;
prev.next = cur.next;
cur.next = null;
size --;
}else{
//只有当确保prev.next不是待删除的节点时才能移动prev指向
//保证prev一定不是待删除节点，如果prev是待删除节点，那该节点一定删不掉
prev = prev.next;
}
}
}
}总结：链表中的查和改都需要遍历，时间复杂度都是O(N);而数组时间复杂度均是O(1)；
所以如果需要频繁的查和改，可以使用数组；如果频繁地添加和删除，就可以使用链表。
六、虚拟头结点
- 通过对以上内容的学习，我们发现在单链表的中间位置插入和删除元素时，都需要找到待处理位置的前驱节点prev，但因为头节点是没有前驱的，所以需要把头节点特殊处理。
- 思考一下如何能将所有节点“一视同仁”，使它们都有前驱，这样的话就可以不用单独处理头节点。基于此我们可以引出一个虚拟头节点，这个节点不存储具体的值，只是作为链表的头部。
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