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文本主要内容：

• 链表结构
• 单链表代码实现
• 单链表的效率分析

一、链表结构： （物理存储结构上不连续，逻辑上连续；大小不固定）   

概念：

　　链式存储结构是基于指针实现的。我们把一个数据元素和一个指针称为结点。

   　　 　　数据域：存数数据元素信息的域。

    　　　　指针域：存储直接后继位置的域。

　　链式存储结构是用指针把相互直接关联的结点（即直接前驱结点或直接后继结点）链接起来。链式存储结构的线性表称为链表。

链表类型：

　　根据链表的构造方式的不同可以分为：

• 单向链表
  
• 单向循环链表
  
• 双向循环链表

二、单链表：

概念：

    链表的每个结点中只包含一个指针域，叫做单链表（即构成链表的每个结点只有一个指向直接后继结点的指针）

单链表中每个结点的结构：

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1、头指针和头结点：

单链表有带头结点结构和不带头结点结构两种。

“链表中第一个结点的存储位置叫做头指针”，如果链表有头结点，那么头指针就是指向头结点的指针。

头指针所指的不存放数据元素的第一个结点称作头结点（头结点指向首元结点）。头结点的数据域一般不放数据（当然有些情况下也可存放链表的长度、用做监视哨等）

存放第一个数据元素的结点称作第一个数据元素结点，或称首元结点。

如下图所示：

不带头结点的单链表如下：

带头结点的单链表如下图：

关于头指针和头结点的概念区分，可以参考如下博客：

http://blog.csdn.net/hitwhylz/article/details/

2、不带头结点的单链表的插入操作：

上图中，是不带头结点的单链表的插入操作。如果我们在非第一个结点前进行插入操作，只需要a(i-1)的指针域指向s，然后将s的指针域指向a(i)就行了；如果我们在第一个结点前进行插入操作，头指针head就要等于新插入结点s，这和在非第一个数据元素结点前插入结点时的情况不同。另外，还有一些不同情况需要考虑。

因此，算法对这两种情况就要分别设计实现方法。

3、带头结点的单链表的插入操作：（操作统一，推荐）

上图中，如果采用带头结点的单链表结构，算法实现时，p指向头结点，改变的是p指针的next指针的值（改变头结点的指针域），而头指针head的值不变。

因此，算法实现方法比较简单，其操作与对其它结点的操作统一。

 

问题1：头结点的好处：

　　头结点即在链表的首元结点之前附设的一个结点，该结点的数据域中不存储线性表的数据元素，其作用是为了对链表进行操作时，可以对空表、非空表的情况以及对首元结点进行统一处理，编程更方便。

问题2：如何表示空表：

 

如下图所示：

问题3：头结点的数据域内装的是什么？

头结点的数据域可以为空，也可存放线性表长度等附加信息，但此结点不能计入链表长度值。

 

三、单项链表的代码实现：

1、结点类：

单链表是由一个一个结点组成的，因此，要设计单链表类，必须先设计结点类。结点类的成员变量有两个：一个是数据元素，另一个是表示下一个结点的对象引用（即指针）。

步骤如下：

（1）头结点的构造（设置指针域即可）

（2）非头结点的构造

（3）获得当前结点的指针域

（4）获得当前结点数据域的值

（5）设置当前结点的指针域

（6）设置当前结点数据域的值

注：类似于get和set方法，成员变量是数据域和指针域。

代码实现：

(1)List.java:（链表本身也是线性表，只不过物理存储上不连续）

(2)Node.java:结点类

2、单链表类：

单链表类的成员变量至少要有两个：一个是头指针，另一个是单链表中的数据元素个数。但是，如果再增加一个表示单链表当前结点位置的成员变量，则有些成员函数的设计将更加方便。

代码实现：

(3)LinkList.java:单向链表类(核心代码)

3、测试类：（单链表的应用）

使用单链表建立一个线性表，依次输入十个0-99之间的随机数，删除第5个元素，打印输出该线性表。

(4)Test.java:

运行效果：

四、开发可用的链表：

对于链表实现，Node类是整个操作的关键，但是首先来研究一下之前程序的问题：Node是一个单独的类，那么这样的类是可以被用户直接使用的，但是这个类由用户直接去使用，没有任何的意义，即：Node这个类有用，但是不能让用户去用，只能让LinkList类去调用，内部类Node中完成。

于是，我们需要把Node类定义为内部类，并且在Node类中去完成addNode和delNote等操作。使用内部类的最大好处是可以和外部类进行私有操作的互相访问。

注：内部类访问的特点是：内部类可以直接访问外部类的成员，包括私有；外部类要访问内部类的成员，必须先创建对象。

1、增加数据：

• public Boolean add(数据 对象)

代码实现：

（1）LinkList.java:（核心代码）

代码解释：

14行：如果我们第一次调用add方法，那根结点肯定是空的，此时add的是根节点。

当继续调用add方法时，此时是往根节点后面添加数据，需要用到递归（42行），这个递归需要在内部类中去完成。递归这段代码需要去反复理解。

（2）LinkListDemo.java:  

运行效果：

2、增加多个数据：

• public boolean addAll(数据 对象 [] )

上面的操作是每次增加了一个对象，那么如果现在要求增加多个对象呢，例如：增加对象数组。可以采用循环数组的方式，每次都调用add()方法。

在上面的（1）LinkList.java中加入如下代码：

3、统计数据个数：

• public int size()

在一个链表之中，会保存多个数据（每一个数据都被封装为Node类对象），那么要想取得这些保存元素的个数，可以增加一个size()方法完成。

具体做法如下：

在上面的（1）LinkList.java中增加一个统计的属性count：

当用户每一次调用add()方法增加新数据的时候应该做出统计：（下方第18行代码）

而size()方法就是简单的将count这个变量的内容返回：

4、判断是否是空链表：

• public boolean isEmpty()

所谓的空链表指的是链表之中不保存任何的数据，实际上这个null可以通过两种方式判断：一种判断链表的根节点是否为null，另外一个是判断保存元素的个数是否为0。

在LinkList.java中添加如下代码：

5、查找数据是否存在：

• public boolean contains(数据 对象)

现在如果要想查询某个数据是否存在，那么基本的操作原理：逐个盘查，盘查的具体实现还是应该交给Node类去处理，但是在盘查之前必须有一个前提：有数据存在。

在LinkList.java中添加查询的操作：

紧接着，在Node类之中，完成具体的查询，查询的流程：
　　判断当前节点的内容是否满足于查询内容，如果满足返回true；
　　如果当前节点的内容不满足，则向后继续查，如果已经没有后续节点了，则返回false。

代码实现：

6、删除数据：

• public boolean remove(数据 对象)

在LinkList.java中加入如下代码：

注意第2代码中，我们是假设删除的这个String字符串是唯一的，不然就没法删除了。

删除时，我们需要从根节点开始判断，如果根节点是需要删除的节点，那就直接删除，此时下一个节点变成了根节点。

然后，在Node类中做节点的删除：

7、输出所有节点：

在LinkList.java中加入如下代码：

然后，在Node类中做节点的输出：

  

8、取出全部数据：

• public 数据 [] toArray()

对于链表的这种数据结构，最为关键的是两个操作：删除、取得全部数据。

在LinkList类之中需要定义一个操作数组的脚标：  

在LinkList类中定义返回数组，必须以属性的形式出现，只有这样，Node类才可以访问这个数组并进行操作：

在LinkList类之中增加toArray()的方法：

修改Node类的操作，增加toArrayNode()方法：

不过，按照以上的方式进行开发，每一次调用toArray()方法，都要重复的进行数据的遍历，如果在数据没有修改的情况下，这种做法是一种非常差的做法，最好的做法是增加一个修改标记，如果发现数据增加了或删除的话，表示要重新遍历数据。

然后，我们修改LinkList类中的toArray()方法：（其他代码保持不变）

9、根据索引位置取得数据：

• public 数据 get(int index)

在一个链表之中会有多个节点保存数据，现在要求可以取得指定节点位置上的数据。但是在进行这一操作的过程之中，有一个小问题：如果要取得数据的索引超过了数据的保存个数，那么是无法取得的。

在LinkList类之中，增加一个get()方法：

在Node类之中配置getNode()方法：

10、清空链表：

• public void clear()

所有的链表被root拽着，这个时候如果root为null，那么后面的数据都会断开，就表示都成了垃圾：

总结：

上面的10条方法中，LinkList的完整代码如下：

 

 

四、单链表的效率分析：

在单链表的任何位置上插入数据元素的概率相等时，在单链表中插入一个数据元素时比较数据元素的平均次数为：

删除单链表的一个数据元素时比较数据元素的平均次数为：

因此，单链表插入和删除操作的时间复杂度均为O（n）。另外，单链表读取数据元素操作的时间复杂度也为O（n）。

2、顺序表和单链表的比较：

顺序表：

　　优点：主要优点是支持随机读取，以及内存空间利用效率高；

　　缺点：主要缺点是需要预先给出数组的最大数据元素个数，而这通常很难准确作到。当实际的数据元素个数超过了预先给出的个数，会发生异常。另外，顺序表插入和删除操作时需要移动较多的数据元素。

单链表：

　　优点：主要优点是不需要预先给出数据元素的最大个数。另外，单链表插入和删除操作时不需要移动数据元素；

　　缺点：主要缺点是每个结点中要有一个指针，因此单链表的空间利用率略低于顺序表的。另外，单链表不支持随机读取，单链表取数据元素操作的时间复杂度为O（n）；而顺序表支持随机读取，顺序表取数据元素操作的时间复杂度为O（1）。