单向循环链表实现

Posted 2023-02-13 guardwhy

1.1 基本介绍

循环链表，顾名思义，链表整体要形成一个圆环状。在单向链表中，最后一个节点的指针为null，不指向任何结点，因为没有下一个元素了。要实现循环链表，只需要让单向链表的最后一个节点的指针指向头结点即可。

1.2 添加操作

1、思路分析

链表为空的时候

让head和tail同时指向这个结点，让尾结点的下一跳指向头结点。

头部添加

先让要添加的元素指向head,然后再将head指针指向新结点。

最后让tail指针下一跳重新指向头结点

尾部添加

直接让新结点的下一跳指向头结点

当前尾节点指向新节点

最后tail指针移动到新节点

2、代码示例

接口类：List

package cn.linkedlist.demo02;

/***
 * List接口
 * @param <E>
 */
public interface List<E> extends Iterable<E>
    void add(E element);
    void add(int index, E element) ;
    void remove(E element);
    E remove(int index);
    E get(int index);
    E set(int index, E element) ;
    int size();
    int indexOf(E element) ;
    boolean contains(E element);
    boolean isEmpty();
    void clear();

链表类：LinkedSinglyCircularList

package cn.linkedlist.demo02;

import java.util.Iterator;

// 单向循环链表
public class LinkedSinglyCircularList<E> implements List<E>
    // 创建Node节点
    private class Node
        //数据域 用来存储数据的
        public E data;
        //指针域 用来存储下一个结点对象的地址
        public Node next;

        // 构造方法
        public Node() 
            this(null, null);
        

        public Node(E data) 
            this(data, null);
        

        public Node(E data, Node next) 
            this.data = data;
            this.next = next;
        

        @Override
        public String toString()
            StringBuilder sb = new StringBuilder();
            sb.append(data).append("->").append(next.data);
            return sb.toString();
        
    
    // 链表元素的数量
    private int size;
    //链表当中的头指针指向第一个结点对象
    private Node head;
    //链表当中的头指针指向最后一个结点对象
    private Node tail;

    // 初始化链表
    public LinkedSinglyCircularList()
        head = null;
        tail = null;
        size = 0;
    

    public LinkedSinglyCircularList(E[] arr)
        for (E e : arr)
            add(e);
        
    

    /***
     * 在链表末尾添加新的元素e
     * @param element
     */
    @Override
    public void add(E element) 
        add(size, element);
    

    /***
     * 根据链表的index位置添加新的元素e
     * @param index
     * @param element
     */
    @Override
    public void add(int index, E element) 
        if (index < 0|| index > size) 
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("add index out of bounds");
        
        // 创建新的结点对象
        Node node = new Node(element);
        if(isEmpty())
            // 链表为空
            head = node;
            tail = node;
            tail.next = head;
        else if(index == 0)
            // 在链表头部添加元素
            node.next = head;
            head = node;
            tail.next = head;
        else if(index == size)
            node.next = tail.next;
            // 在链表尾部添加元素
            tail.next = node;
            tail = node;
        else
            // 在链表中添加元素
            Node prev = head;
            for(int i=0; i < index -1; i++)
                prev = prev.next;
            
            node.next = prev.next;
            prev.next = node;
        
        size++;
    

    /***
     * 得链表的第index个位置的元素
     * @param index
     * @return
     */
    @Override
    public E get(int index) 
        if (index < 0|| index > size) 
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("get index out of bounds");
        
        // 获取头部
        if(index == 0)
            return head.data;
        else if(index == size -1)
            // 获取尾部
            return tail.data;
        else
            // 获取中间
            Node prev = head;
            for (int i = 0; i < index; i++) 
                prev = prev.next;
            
            return prev.data;
        
    

    /***
     * 修改链表中指定index的元素为element
     * @param index
     * @param element
     * @return
     */
    @Override
    public E set(int index, E element) 
        if (index < 0|| index > size) 
            throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("update index out of bounds");
        
        // 定义返回值
        E result = null;
        if(index == 0)
            // 修改头部
            result= head.data;
            head.data = element;
        else if(index == size -1)
            // 修改尾部
            result = tail.data;
            tail.data = element;
        else
            // 修改中间的元素
            Node prev = head;
            for (int i = 0; i < index; i++) 
                prev = prev.next;
            
            result = prev.data;
            prev.data = element;
        
        return result;
    

    @Override
    public int size() 
        return size;
    

    /***
     * 查找元素在链表中第一次出现的索引
     * @param element
     * @return
     */
    @Override
    public int indexOf(E element) 
        // 判断链表是否为空
        if(isEmpty())
            return -1;
        
        // 定义prev指针
        Node prev = head;
        // 定义索引值
        int index = 0;
        while (!prev.data.equals(element))
            prev = prev.next;
            index++;
            // 如果没有找到，则返回-1
            if(prev == null)
                return -1;
            
        
        return index;
    

    /***
     * 查找链表中是否有元素element
     * @param element
     * @return
     */
    @Override
    public boolean contains(E element) 
        return indexOf(element)!= -1;
    

    /***
     * 判断链表是否为空
     * @return
     */
    @Override
    public boolean isEmpty() 
        return size == 0 && head == null && tail == null;
    

    @Override
    public void clear() 
        head = null;
        tail = null;
        size = 0;
    

    /***
     * 迭代器实现
     * @return
     */
    @Override
    public Iterator<E> iterator() 
        return new LinkedSinglyCircularListIterator();
    

    class LinkedSinglyCircularListIterator implements Iterator<E>
        // 定义游标
        private Node cur = head;
        // 创建flag，表示还可以继续循环
        private boolean flag = true;

        @Override
        public boolean hasNext() 
            if(isEmpty())
                return false;
            
            return flag;
        

        @Override
        public E next() 
            E ret = cur.data;
            cur = cur.next;
            // 再次判断，是否已经循环完一圈
            if(cur == head)
                flag = false;
            
            return ret;
        
    

    @Override
    public String toString()
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        res.append("size=").append(size).append(", [");
        Node node = head;
        for (int i = 0; i < size; i++) 
            if (i != 0) 
                res.append(", ");
            
            res.append(node);

            node = node.next;
        
        res.append("]");
        return res.toString();
    

测试类：LinkedSinglyCircularListDemo

package cn.linkedlist.demo02;

public class LinkedSinglyCircularListDemo 
    public static void main(String[] args) 
        LinkedSinglyCircularList<Integer> list1 = new LinkedSinglyCircularList<>();
        System.out.println("===链表头部插入===");
        list1.add(0,1);
        list1.add(0,3);
        list1.add(0,5);
        list1.add(0,8);
        System.out.println(list1);

        System.out.println("==链表尾部插入==");
        list1.add(12);
        System.out.println(list1);

        System.out.println("===链表中间插入===");
        list1.add(2, 23);
        System.out.println(list1);
    

2、执行结果

1.3 删除操作

1、思路分析

删除头结点

head 指向下一个结点

原头结点的下一跳置空，让尾指针的下一跳重新指向头结点。

删除成功！！！

删除尾节点

定义一个指针prev，找到删除尾部节点的前驱。

让prev.next直接指向头结点

最后让tail指向新节点

删除成功！！！

2、代码示例

链表类：LinkedSinglyCircularList

/***
 * 删除链表中指定的元素element
 * @param element
*/
@Override
public void remove(E element) 
    int index = indexOf(element);
    if(index != -1)
        remove(index);
    

/***
 * 删除链表中指定索引处index的元素
 * @param index
 * @return
*/
@Override
public E remove(int index)
    if (index < 0|| index > size) 
        throw new ArrayIndexOutOfBoundsException("remove index out of bounds");
    
    // 定义返回值
    E result = null;
    // 当链表只剩下一个元素
    if(size == 1)
        result = head.data;
        head = null;
        tail = null;
    else if(index == 0)
        // 删除链表头部
        Node prev = head;
        result = prev.data;
        head = prev.next;
        // 置空操作
        prev.next = null;
        tail.next = head;
    else if(index == size -1)
        // 删除链表尾部
        Node prev = head;
        while (prev.next != tail)
            prev = prev.next;
        
        result = tail.data;
        // 修改操作
        prev.next = tail.next;
        tail = prev;
    else
        // 删除中间的某个元素
        Node prev = head;
        for (int i = 0; i < index -1; i++) 
            prev = prev.next;
        
        Node deleteNode = prev.next;
        result = deleteNode.data;
        prev.next = deleteNode.next;
        // 置空
        deleteNode.next = null;
    
    size --;
    return result;

测试类：LinkedSinglyCircularListDemo

package cn.linkedlist.demo06;

public class SingleCircleLinkedListDemo 
    public static void main(String[] args) 
        SingleCircleLinkedList<Integer> singleLinkedList = new SingleCircleLinkedList<>();
        singleLinkedList.add(0,1);
        singleLinkedList.add(0,3);
        singleLinkedList.add(0,5);
        singleLinkedList.add(0,8);
        
        singleLinkedList.add(12);
        singleLinkedList.add(2, 23);

        System.out.println("===删除链表节点前====");
        System.out.println(singleLinkedList);
        System.out.println("===删除链表节点后====");
        // 根据链表index位置的元素, 返回删除的元素
         singleLinkedList.remove(2);
        System.out.println(singleLinkedList);

        // 删除链表中的元素
        singleLinkedList.removeElement(12);
        System.out.println(singleLinkedList);
    

2、执行结果