链表1：单向链表的基本操作

Posted 2021-08-27 纵横千里，捭阖四方

 从这一节开始第三个专题：链表。链表也属于线性表，应用也非常广泛。我们大约用15篇文章来梳理相关的问题。

链表有单向，双向，循环等多种类型，其中单向是考察最多的。而双向和循环链表在实际应用中更多，双向链表+Hash可以实现LRU，这也是一个重要的考察点。leetcode中也有大量的算法都以其为基础。

  链表的基本操作也都是创建+增删改查，不过每种根据其结构的不同，实现也有差异，我们重点看单向链表。

对于链表，插入和删除到底怎么操作一定要清清楚楚，画图也好，测试也罢，不然链表的面试题一定搞不定。

一.创建单向链表

单向链表包含多个结点，每个结点有一个指向后继元素的next指针。表中最后一个元素的next指向null。图示为：

创建链表的方式可以很简单，在类里添加一个与类相同类型的next变量就行：

public class ListNode {    private int data;    private ListNode next;​    public ListNode(int data) {        this.data = data;    }​    public int getData() {        return data;    }​    public void setData(int data) {        this.data = data;    }​    public ListNode getNext() {        return next;    }​    public void setNext(ListNode next) {        this.next = next;    }}​

在咕泡-兵兵的代码里，是定义一个内部静态类来表示节点，我感觉更好理解。方法如下，为了便于理解我们也添加一个获得链表长度的方法：

public class LinkedListBasicUse {        static class Node {        int data;        Node next;​        public Node(int data) {            this.data = data;        }    }​   public static int getListLength(Node head) {        int length = 0;        Node node = head;        while (node != null) {            length++;            node = node.next;        }        return length;    }}

接下来我们就用后面这种方式来实现增删改查等操作。

二.遍历链表

单链表必须知道表头的地址，然后沿着指针向前走，当next的值为null时停止。

我们看一下统计链表长度的实现方法：

    /**     * 获取链表长度     *     * @param head 链表头节点     * @return 链表长度     */    public static int getListLength(Node head) {        int length = 0;        Node node = head;        while (node != null) {            length++;            node = node.next;        }        return length;    }

别看这个方法很简单，加上一些条件可以拓展出很多考题。

三.单向链表的插入

单向链表的插入有三个位置，表头，表尾和中间位置，都需要单独处理一下。

操作单链表一定要记住两条：必须明确知道表头在哪里，链表一定是能接上的。

（1）如果是在表头插入一个新结点，只需要修改一下next指针，然后更新表头指针。更新表头是特别容易遗忘的地方，而且到了复杂的场景更容易晕。

这个其实不用太多的文字，我们看图就知道了：

新的结点node要将next指向原来的表头head位置是吧，然后链表的表头不就是node吗？这时候将head换成node不就行了吗？

（2）在单向链表的表尾插入结点

表尾要容易很多，但是要记住必须保留表头，不用跟着一起跑到表尾了。

（3）在单向链表的中间插入结点

假设给定插入的元素，此时需要将链表断开，将新的结点接上去，脑子里始终有这个图：

如果要你说该怎么接？如上图所示，要先遍历到15的位置cur，然后将new结点指向7的位置是不？之后将15指向new就行了。

如果不这么做会怎么样，比如先15指向new，那接下来new怎么指向7的位置呢？除非你再用一个变量记下来，否则就无法进行了？

所以完整的插入代码是：

  /**     * 链表插入     *     * @param head       链表头节点     * @param nodeInsert 待插入节点     * @param position   待插入位置，取值从2开始     * @return 插入后得到的链表头节点     */    public static Node insertList(Node head, Node nodeInsert, int position) {        // 需要判空，否则后面可能会有空指针异常        if (head == null) {            return nodeInsert;        }        int size = getListLength(head);        if (position > size + 1 || position < 1) {            System.out.println("位置参数越界");            return head;        }        //在链表开头插入        if (position == 1) {            nodeInsert.next = head;            return nodeInsert;        } else {            Node pNode = head;            int count = 1;            while (count < position - 1) {                pNode = pNode.next;                count++;            }            nodeInsert.next = pNode.next;            pNode.next = nodeInsert;        }        return head;    }

四.链表结点的删除

链表的删除也是删除头部，删除尾部和中间位置三种情况。 

我们依次看一下。

（1）删除表头元素

如下图，最容易晕的是遍历游标cur从4到15之后，head一定要指向cur，也就是要有head=cur的操作。废话不多说，看着这个图想明白就行了。

（2）删除表尾元素

核心思想是找到尾结点时，需要将其前驱的next设置为null。如果只用一个遍历游标，可以判断遍历游标的cur.next.next是否为空，因为cur.next.next为null时，就说明cur.next是尾结点了，此时只要将cur.next设置为null就行了，如下图：
cur为7的时，cur.next是40，是尾结点，因为cur.next.next=null。此时只要设置7的next指针为null，结点40就脱离链表了。之后结点40会在某个时刻被jvm回收。

（3）删除中间元素

删除的元素在中间时，如下图，如果删除7。因为链表是单向的，此时必须提前知道结点15的地址，否则就无法将15连接到40上。

/**     * 删除节点     *     * @param head     链表头节点     * @param position 删除节点位置，取值从1开始     * @return 删除后的链表头节点     */    public static Node deleteNode(Node head, int position) {        if (head == null) {            return null;        }        int size = getListLength(head);        if (position > size || position <= 0) {            System.out.println("输入的参数有误");            return head;        }        if (position == 1) {            //curNode就是链表的新head            return head.next;        } else {            Node preNode = head;            int count = 1;            while (count < position) {                preNode = preNode.next;                count++;            }            Node curNode = preNode.next;            preNode.next = curNode.next;        }        return head;    }

最后我们再补充一个打印链表方法：

/**     * 链表打印     *     * @param head 头结点     */    public static String toString(Node head) {        StringBuilder sb = new StringBuilder();        while (head != null) {            sb.append(head.data).append("\\t");            head = head.next;        }        return sb.toString();    }    

然后测试方法就可以这样写了：

public static void main(String[] args) {        // 头部添加节点1        LinkedListBasicUse.Node head = new Node(1);        System.out.println("头部添加节点1：" + LinkedListBasicUse.toString(head));        // 尾部添加节点2        head = LinkedListBasicUse.insertList(head, new Node(2), 2);        System.out.println("尾部添加节点2：" + LinkedListBasicUse.toString(head));        // 中间添加节点3        head = LinkedListBasicUse.insertList(head, new Node(3), 2);        System.out.println("中间添加节点3：" + LinkedListBasicUse.toString(head));        // 删除中间节点2        head = LinkedListBasicUse.deleteNode(head, 2);        System.out.println("删除中间节点2：" + LinkedListBasicUse.toString(head));        // 删除头部节点1        head = LinkedListBasicUse.deleteNode(head, 1);        System.out.println("删除头部节点1：" + LinkedListBasicUse.toString(head));    }