看不懂的数据结构-链表深度刨析

欧克！欧克！小刘今天带大家来学习一下链表 ，你要是学不会，你来捶我

1、链表(Linked List)介绍

1.1、内存结构

• 内存上来看：链表存储空间 不连续（不像数组）

1.2、逻辑结构

• 逻辑上来看：链表属于 线性结构

1.3、链表特点

• 链表是以节点的方式来存储，是 链式存储
• data 域存放数据，next 域 指向下一个节点
• 链表分 带头节点的链表和 没有头节点的链表， 根据实际的需求来确定

2、链表应用场景

2.1、水浒英雄榜

• 使用带 head 头的 单向链表实现【水浒英雄排行榜管理】

2.2、链表节点定义

• no ：英雄编号
• name ：英雄名字
• nickName ：英雄昵称
• next ：指向下一个 HeroNode 节点

class HeroNode {
	public int no;
	public String name;
	public String nickName;
	public HeroNode next;

	public HeroNode(int no, String name, String nickname) {
		this.no = no;
		this.name = name;
		this.nickName = nickname;
	}

	@Override
	public String toString() {
		return "HeroNode [no=" + no + ", name=" + name + ", nickName=" + nickName + "]";
	}

}

2.3、链表定义

• DummyHead ： 头结点不存放数据，仅仅作为当前链表的入口
• head 字段的值不能改变，一旦改变，就 丢失了整个链表的入口，我们也就无法通过 head 找到链表了

class SingleLinkedList {

	private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");

	public HeroNode getHead() {
		return head;
	}

2.4、遍历链表

2.4.1、代码思路

• 定义辅助变量 temp ，相当于一个指针，指向 当前节点
• 何时遍历完成？ temp == null 表明当前节点为 null ，即表示已到链表末尾
• 如何遍历？ temp = temp.next ，每次输出当前节点信息之后，temp 指针后移

2.4.2、代码实现

• 遍历链表

public void list() {

	if (head.next == null) {
		System.out.println("链表为空");
		return;
	}

	HeroNode temp = head.next;
	while (true) {

		if (temp == null) {
			break;
		}

		System.out.println(temp);

		temp = temp.next;
	}
}

2.5、尾部插入

2.5.1、代码思路

• 定义辅助变量 temp ，相当于一个指针，指向 当前节点
• 如何在链表末尾插入节点？
  • 首先需要遍历链表，找到链表最后一个节点，当 temp.next == null时，temp 节点指向链表最后一个节点
  • 然后在 temp 节点之后插入节点即可： *temp.next = heroNode

2.5.2、代码实现

• 在链表尾部插入节点

public void add(HeroNode heroNode) {

    HeroNode temp = head;

    while (true) {

        if (temp.next == null) {
            break;
        }

        temp = temp.next;
    }

    temp.next = heroNode;
}

• 测试代码

	public static void main(String[] args) {

		HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及时雨");
		HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
		HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
		HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林冲", "豹子头");

		SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();

		singleLinkedList.add(hero1);
		singleLinkedList.add(hero2);
		singleLinkedList.add(hero3);
		singleLinkedList.add(hero4);

		singleLinkedList.list();
	}

• 程序运行结果

HeroNode [no=1, name=宋江, nickName=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickName=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickName=豹子头]

2.6、按顺序插入

2.6.1、代码思路

• 定义辅助变量 temp ，相当于一个指针，指向 当前节点
• 应该如何执行插入？（待插入节点为 heroNode）
  • 首先需要遍历链表，找到链表中编号值比 heroNode.no 大的节点，暂且叫它 biggerNode ，然后把 heroNode 插入到 biggerNode 之前即可
  • 怎么找 biggerNode ？当 temp.next.no > heroNode.no 时，这时 temp.next 节点就是 biggerNode 节点。
  • 为什么是 temp.next 节点？只有找到 temp 节点和 temp.next（biggerNode ）节点，才能在 temp 节点和 temp.next 节点之间插入 heroNode 节点
  • 怎么插入？
    • heroNode .next = temp.next;
    • temp.next = heroNode;

2.6.2、代码实现

• 按照英雄排名的顺序进行插入

public void addByOrder(HeroNode heroNode) {

    HeroNode temp = head;
    boolean flag = false;
    while (true) {
        if (temp.next == null) {
            break;
        }
        if (temp.next.no > heroNode.no) {
            break;
        } else if (temp.next.no == heroNode.no) {

            flag = true;
            break;
        }
        temp = temp.next;
    }

    if (flag) {
        System.out.printf("准备插入的英雄的编号 %d 已经存在了, 不能加入
", heroNode.no);
    } else {

        heroNode.next = temp.next;
        temp.next = heroNode;
    }
}

• 测试代码

public static void main(String[] args) {

    HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及时雨");
    HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
    HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
    HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林冲", "豹子头");

    SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();

    singleLinkedList.addByOrder(hero1);
    singleLinkedList.addByOrder(hero4);
    singleLinkedList.addByOrder(hero2);
    singleLinkedList.addByOrder(hero3);

    singleLinkedList.list();
}

• 程序运行结果

HeroNode [no=1, name=宋江, nickName=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickName=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickName=豹子头]

2.7、修改节点信息

2.7.1、代码思路

• 定义辅助变量 temp ，相当于一个指针，指向 当前节点
• 如何找到指定节点？ *temp.no = newHeroNode.no

2.7.2、代码实现

• 修改指定节点信息

public void update(HeroNode newHeroNode) {

    if (head.next == null) {
        System.out.println("链表为空~");
        return;
    }

    HeroNode temp = head.next;
    boolean flag = false;
    while (true) {
        if (temp == null) {
            break;
        }
        if (temp.no == newHeroNode.no) {

            flag = true;
            break;
        }
        temp = temp.next;
    }

    if (flag) {
        temp.name = newHeroNode.name;
        temp.nickName = newHeroNode.nickName;
    } else {
        System.out.printf("没有找到 编号 %d 的节点，不能修改
", newHeroNode.no);
    }
}

• 测试代码

public static void main(String[] args) {

    HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及时雨");
    HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
    HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
    HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林冲", "豹子头");

    SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();

    singleLinkedList.addByOrder(hero1);
    singleLinkedList.addByOrder(hero4);
    singleLinkedList.addByOrder(hero2);
    singleLinkedList.addByOrder(hero3);

    HeroNode newHeroNode = new HeroNode(2, "小卢", "玉麒麟~~");
    singleLinkedList.update(newHeroNode);

    singleLinkedList.list();
}

• 程序运行结果

HeroNode [no=1, name=宋江, nickName=及时雨]
HeroNode [no=2, name=小卢, nickName=玉麒麟~~]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickName=豹子头]

2.8、删除节点

2.8.1、代码思路

• 定义辅助变量 temp ，相当于一个指针，指向 当前节点
• 如何找到待删除的节点？遍历链表，当 temp.next == no 时，temp.next 节点就是待删除的节点
• 如何删除？ temp = temp.next.next 即可删除 temp.next 节点，该节点没有引用指向它，会被垃圾回收机制回收

2.8.2、代码实现

• 删除指定节点

public void del(int no) {
    HeroNode temp = head;
    boolean flag = false;
    while (true) {
        if (temp.next == null) {
            break;
        }
        if (temp.next.no == no) {

            flag = true;
            break;
        }
        temp = temp.next;
    }

    if (flag) {

        temp.next = temp.next.next;
    } else {
        System.out.printf("要删除的 %d 节点不存在
", no);
    }
}

• 测试代码

public static void main(String[] args) {

    HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及时雨");
    HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
    HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
    HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林冲", "豹子头");

    SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();

    singleLinkedList.add(hero1);
    singleLinkedList.add(hero2);
    singleLinkedList.add(hero3);
    singleLinkedList.add(hero4);

    singleLinkedList.del(1);
    singleLinkedList.del(4);

    singleLinkedList.list();
}

• 程序运行结果

HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickName=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]

2.9、总结

• 遍历链表，执行操作时，判断条件有时候是 temp ，有时候是 temp.next ，Why？
  • 对于插入、删除节点来说，需要知道 当前待操作的节点（heroNode）前一个节点的地址（指针），如果直接定位至当前待操作的节点 heroNode ，那没得玩。。。因为不知道heroNode 前一个节点的地址，无法进行插入、删除操作，所以 while 循环中的条件使用 temp.next 进行判断
  • 对于更新、遍历操作来说，我需要的仅仅就只是当前节点的信息，所以 while 循环中的条件使用 temp进行判断
• 头结点与首节点
  • 参考资料：https://blog.csdn.net/WYpersist/article/details/80288056
  • 头结点是为了操作的统一与方便而设立的，放在第一个元素结点之前，其数据域一般无意义（当然有些情况下也可存放链表的长度、用做监视哨等等）。
  • 首元结点也就是第一个元素的结点，它是头结点后边的第一个结点。

3、单链表面试题

3.1、求单链表中有效节点的个数

3.1.1、代码思路

• 求单链表中有效节点的个数：遍历即可

3.1.2、代码实现

• 求单链表中有效节点的个数

public static int getLength(HeroNode head) {
	if (head.next == null) {
		return 0;
	}
	int length = 0;

	HeroNode cur = head.next;
	while (cur != null) {
		length++;
		cur = cur.next;
	}
	return length;
}

• 测试代码

public static void main(String[] args) {

    HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及时雨");
    HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
    HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
    HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林冲", "豹子头");

    SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();

    singleLinkedList.add(hero1);
    singleLinkedList.add(hero2);
    singleLinkedList.add(hero3);
    singleLinkedList.add(hero4);

    singleLinkedList.list();

    System.out.println("有效的节点个数=" + getLength(singleLinkedList.getHead()));
}

• 程序运行结果

HeroNode [no=1, name=宋江, nickName=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickName=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickName=豹子头]
有效的节点个数=4

3.2、查找单链表中的倒数第 k 个结点

3.2.1、代码思路

• 查找单链表中的倒数第k个结点 【新浪面试题】
  • 首先，获取整个链表中元素的个数 size
  • 在使用 for 循环定位至倒数第 index（形参） 个节点，返回即可
  • for 循环的条件应如何确定？for (int i = 0; i < x; i++) 中 x 的值应是多少？我们需要定位至倒数第 index 个节点，在 for 循环之前，我们已经定位置首节点，还需再走 (size - index ) 步，定位至倒数第 index 个节点
  • 举例说明：链表中一共有 4 个元素，想要定位至倒数第 2 个节点，那么需要在首节点之后走两步，到达倒数第 2 个节点

3.2.2、代码实现

• 查找单链表中的倒数第k个结点

public static HeroNode findLastIndexNode(HeroNode head, int index) {

    if (head.next == null) {
        return null;
    }

    int size = getLength(head);

    if (index  0 || index > size) {
        return null;
    }

    HeroNode cur = head.next;
    for (int i = 0; i < size - index; i++) {
        cur = cur.next;
    }
    return cur;
}

• 测试代码

public static void main(String[] args) {

    HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及时雨");
    HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
    HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
    HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林冲", "豹子头");

    SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();

    singleLinkedList.add(hero1);
    singleLinkedList.add(hero2);
    singleLinkedList.add(hero3);
    singleLinkedList.add(hero4);

    singleLinkedList.list();

    HeroNode res = findLastIndexNode(singleLinkedList.getHead(), 2);
    System.out.println("res=" + res);

}

• 程序运行结果

HeroNode [no=1, name=宋江, nickName=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickName=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickName=豹子头]
res=HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]

3.3、单链表的反转

3.3.1、代码思路

• 单链表的反转【腾讯面试题，有点难度】
  • 定义一个新的头结点 reverseHead ，一点一点将链表反转后，再串起来
  • 怎么个串法？
    • 在原链表中每读取一个节点（cur），先保存其下一个节点的地址（next），然后将 cur 节点放在新链表的最前面
    • 然后执行遍历： cur = next ，即指针后移
    • 遍历完成后，新链表即是反转后的链表
  • 如何将 cur 节点插入在新链表的最前面
    • cur.next = reverseHead.next;
    • reverseHead.next = cur;
  • while 循环终止条件？ cur == null ：已遍历至链表尾部
• 单链表的翻转可以参考我的这篇博文：https://blog.csdn.net/oneby1314/article/details/107577923

3.3.2、代码实现

• 单链表的反转

public static void reversetList(HeroNode head) {

    if (head.next == null || head.next.next == null) {
        return;
    }

    HeroNode cur = head.next;
    HeroNode next = null;
    HeroNode reverseHead = new HeroNode(0, "", "");

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

    head.next = reverseHead.next;
}

• 测试代码

public static void main(String[] args) {

    HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及时雨");
    HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
    HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
    HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林冲", "豹子头");

    SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();

    singleLinkedList.add(hero1);
    singleLinkedList.add(hero2);
    singleLinkedList.add(hero3);
    singleLinkedList.add(hero4);

    System.out.println("原来链表的情况~~");
    singleLinkedList.list();

    System.out.println("反转单链表~~");
    reversetList(singleLinkedList.getHead());
    singleLinkedList.list();
}

• 程序运行结果

原来链表的情况~~
HeroNode [no=1, name=宋江, nickName=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickName=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickName=豹子头]
反转单链表~~
HeroNode [no=4, name=林冲, nickName=豹子头]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickName=玉麒麟]
HeroNode [no=1, name=宋江, nickName=及时雨]

3.4、单链表的反转（我的代码）

3.4.1、代码思路

• 单链表的反转【腾讯面试题，有点难度】
  • 原链表为 cur 指向 next ，反转链表不就是把 next 指向 cur 吗？
  • 由于 next 指向 cur 时，next 将 丢失其下一节点的地址，所以需要先将 nnext 保存起来
  • next ==null 时链表已经反转完毕，最后将头结点指向 cur 节点即可

3.4.2、代码实现

• 单链表的反转

public static void myReversetList(HeroNode head) {

    if (head.next == null || head.next.next == null) {
        return;
    }

    HeroNode cur = head.next;

    HeroNode next = cur.next;

    cur.next = null;

    while (next != null) {

        HeroNode nnext = next.next;

        next.next = cur;

        cur = next;
        next = nnext;
    }

    head.next = cur;
}

• 测试代码

public static void main(String[] args) {

    HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及时雨");
    HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
    HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
    HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林冲", "豹子头");

    SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();

    singleLinkedList.add(hero1);
    singleLinkedList.add(hero2);
    singleLinkedList.add(hero3);
    singleLinkedList.add(hero4);

    System.out.println("原来链表的情况~~");
    singleLinkedList.list();

    System.out.println("反转单链表~~");
    reversetList(singleLinkedList.getHead());
    singleLinkedList.list();
}

• 程序运行结果

原来链表的情况~~
HeroNode [no=1, name=宋江, nickName=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickName=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickName=豹子头]
反转单链表~~
HeroNode [no=4, name=林冲, nickName=豹子头]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickName=玉麒麟]
HeroNode [no=1, name=宋江, nickName=及时雨]

3.5、从尾到头打印单链表

3.5.1、栈的基本使用

• 测试代码

public static void main(String[] args) {
    Stack<String> stack = new Stack();

    stack.add("jack");
    stack.add("tom");
    stack.add("smith");

    while (stack.size() > 0) {
        System.out.println(stack.pop());
    }
}

• 程序运行结果

smith
tom
jack

3.5.2、代码思路

• 从尾到头打印单链表 【百度，要求方式1：反向遍历 。 方式2：Stack栈】
  • 方式一：先将单链表进行反转操作，然后再遍历输出，问题： 破坏原链表结构，不可取
  • 方式二：遍历链表，去除节点压入栈中，利用栈 先进后出的特点，实现逆序打印

3.5.3、代码实现

• 从尾到头打印单链表

public static void reversePrint(HeroNode head) {
    if (head.next == null) {
        return;
    }

    Stack<HeroNode> stack = new Stack<HeroNode>();
    HeroNode cur = head.next;

    while (cur != null) {
        stack.push(cur);
        cur = cur.next;
    }

    while (stack.size() > 0) {
        System.out.println(stack.pop());
    }
}

• 测试代码

public static void main(String[] args) {

    HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及时雨");
    HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
    HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
    HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林冲", "豹子头");

    SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();

    singleLinkedList.add(hero1);
    singleLinkedList.add(hero2);
    singleLinkedList.add(hero3);
    singleLinkedList.add(hero4);

    System.out.println("原来链表的情况~~");
    singleLinkedList.list();

    System.out.println("测试逆序打印单链表, 没有改变链表的结构~~");
    reversePrint(singleLinkedList.getHead());
}

• 程序运行结果

原来链表的情况~~
HeroNode [no=1, name=宋江, nickName=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickName=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
HeroNode [no=4, name=林冲, nickName=豹子头]
测试逆序打印单链表, 没有改变链表的结构~~
HeroNode [no=4, name=林冲, nickName=豹子头]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickName=智多星]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickName=玉麒麟]
HeroNode [no=1, name=宋江, nickName=及时雨]

3.6、合并两个有序的单链表

3.6.1、代码思路

• 合并两个有序的单链表，合并之后的链表依然有序【课后练习】

3.6.2、代码实现

• 合并两个有序的单链表，合并之后的链表依然有序
• 具体讲解见我的一篇博客：https://blog.csdn.net/oneby1314/article/details/107590876

3.7、单向链表所有代码

public class SingleLinkedListDemo {

	public static void main(String[] args) {

		HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及时雨");
		HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
		HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
		HeroNode hero4 = new HeroNode(4, "林冲", "豹子头");

		SingleLinkedList singleLinkedList = new SingleLinkedList();

		singleLinkedList.add(hero1);
		singleLinkedList.add(hero4);
		singleLinkedList.add(hero2);
		singleLinkedList.add(hero3);

		System.out.println("原来链表的情况~~");
		singleLinkedList.list();

		System.out.println("反转单链表~~");
		reversetList(singleLinkedList.getHead());
		singleLinkedList.list();

		System.out.println("测试逆序打印单链表, 没有改变链表的结构~~");
		reversePrint(singleLinkedList.getHead());

		singleLinkedList.addByOrder(hero1);
		singleLinkedList.addByOrder(hero4);
		singleLinkedList.addByOrder(hero2);
		singleLinkedList.addByOrder(hero3);

		singleLinkedList.list();

		HeroNode newHeroNode = new HeroNode(2, "小卢", "玉麒麟~~");
		singleLinkedList.update(newHeroNode);

		System.out.println("修改后的链表情况~~");
		singleLinkedList.list();

		singleLinkedList.del(1);
		singleLinkedList.del(4);
		System.out.println("删除后的链表情况~~");
		singleLinkedList.list();

		System.out.println("有效的节点个数=" + getLength(singleLinkedList.getHead()));

		HeroNode res = findLastIndexNode(singleLinkedList.getHead(), 3);
		System.out.println("res=" + res);

	}

	public static void reversePrint(HeroNode head) {
		if (head.next == null) {
			return;
		}

		Stack<HeroNode> stack = new Stack<HeroNode>();
		HeroNode cur = head.next;

		while (cur != null) {
			stack.push(cur);
			cur = cur.next;
		}

		while (stack.size() > 0) {
			System.out.println(stack.pop());
		}
	}

	public static void reversetList(HeroNode head) {

		if (head.next == null || head.next.next == null) {
			return;
		}

		HeroNode cur = head.next;
		HeroNode next = null;
		HeroNode reverseHead = new HeroNode(0, "", "");

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

		head.next = reverseHead.next;
	}

	public static void myReversetList(HeroNode head) {

		if (head.next == null || head.next.next == null) {
			return;
		}

		HeroNode cur = head.next;

		HeroNode next = cur.next;

		cur.next = null;

		while (next != null) {

			HeroNode nnext = next.next;

			next.next = cur;

			cur = next;
			next = nnext;
		}

		head.next = cur;
	}

	public static HeroNode findLastIndexNode(HeroNode head, int index) {

		if (head.next == null) {
			return null;
		}

		int size = getLength(head);

		if (index  0 || index > size) {
			return null;
		}

		HeroNode cur = head.next;
		for (int i = 0; i < size - index; i++) {
			cur = cur.next;
		}
		return cur;

	}

	public static int getLength(HeroNode head) {
		if (head.next == null) {
			return 0;
		}
		int length = 0;

		HeroNode cur = head.next;
		while (cur != null) {
			length++;
			cur = cur.next;
		}
		return length;
	}

}

class SingleLinkedList {

	private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");

	public HeroNode getHead() {
		return head;
	}

	public void add(HeroNode heroNode) {

		HeroNode temp = head;

		while (true) {

			if (temp.next == null) {
				break;
			}

			temp = temp.next;
		}

		temp.next = heroNode;
	}

	public void addByOrder(HeroNode heroNode) {

		HeroNode temp = head;
		boolean flag = false;
		while (true) {
			if (temp.next == null) {
				break;
			}
			if (temp.next.no > heroNode.no) {
				break;
			} else if (temp.next.no == heroNode.no) {

				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next;
		}

		if (flag) {
			System.out.printf("准备插入的英雄的编号 %d 已经存在了, 不能加入
", heroNode.no);
		} else {

			heroNode.next = temp.next;
			temp.next = heroNode;
		}
	}

	public void update(HeroNode newHeroNode) {

		if (head.next == null) {
			System.out.println("链表为空~");
			return;
		}

		HeroNode temp = head.next;
		boolean flag = false;
		while (true) {
			if (temp == null) {
				break;
			}
			if (temp.no == newHeroNode.no) {

				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next;
		}

		if (flag) {
			temp.name = newHeroNode.name;
			temp.nickName = newHeroNode.nickName;
		} else {
			System.out.printf("没有找到 编号 %d 的节点，不能修改
", newHeroNode.no);
		}
	}

	public void del(int no) {
		HeroNode temp = head;
		boolean flag = false;
		while (true) {
			if (temp.next == null) {
				break;
			}
			if (temp.next.no == no) {

				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next;
		}

		if (flag) {

			temp.next = temp.next.next;
		} else {
			System.out.printf("要删除的 %d 节点不存在
", no);
		}
	}

	public void list() {

		if (head.next == null) {
			System.out.println("链表为空");
			return;
		}

		HeroNode temp = head.next;
		while (true) {

			if (temp == null) {
				break;
			}

			System.out.println(temp);

			temp = temp.next;
		}
	}
}

class HeroNode {
	public int no;
	public String name;
	public String nickName;
	public HeroNode next;

	public HeroNode(int no, String name, String nickname) {
		this.no = no;
		this.name = name;
		this.nickName = nickname;
	}

	@Override
	public String toString() {
		return "HeroNode [no=" + no + ", name=" + name + ", nickName=" + nickName + "]";
	}

}

4、双向链表

4.1、与单向链表的比较

• 单向链表， 查找的方向只能是一个方向， 而双向链表可以向前或者向后查找
• 单向链表不能自我删除， 需要靠辅助节点 ， 而双向链表， 则可以 自我删除， 所以前面我们单链表删除时节点， 总是找到 temp ，temp 是待删除节点的 前一个节点(认真体会)

4.2、链表节点定义

• 在单向链表节点的基础上，增加 pre ，用于指向前一个节点

class HeroNode {
	public int no;
	public String name;
	public String nickname;
	public HeroNode next;
	public HeroNode pre;

	public HeroNode(int no, String name, String nickname) {
		this.no = no;
		this.name = name;
		this.nickname = nickname;
	}

	@Override
	public String toString() {
		return "HeroNode [no=" + no + ", name=" + name + ", nickname=" + nickname + "]";
	}

}

4.3、链表定义

• 定义整个链表的头结点，作为链表的入口

class DoubleLinkedList {

	private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");

	public HeroNode getHead() {
		return head;
	}

4.4、链表遍历

4.4.1、代码思路

• 定义辅助变量 temp ，相当于一个指针，指向 当前节点 ，用于遍历链表
• 何时停止 while 循环？ temp == null ：已经遍历至链表尾部

4.4.2、代码实现

public void list() {

    if (head.next == null) {
        System.out.println("链表为空");
        return;
    }

    HeroNode temp = head.next;
    while (true) {

        if (temp == null) {
            break;
        }

        System.out.println(temp);

        temp = temp.next;
    }
}

4.5、尾部插入

4.5.1、代码思路

• 定义辅助变量 temp ，相当于一个指针，指向 当前节点
• 何时停止 while 循环？ temp.next == null ：temp 节点已经是链表最后一个节点，在 temp 节点之后插入 heroNode 节点即可
• 如何插入？
  • temp.next 指向新的尾节点 heroNode ： temp.next = heroNode;
  • heroNode .pre 指向旧的尾节点 temp ： *heroNode.pre = temp;

4.5.2、代码实现

• 在链表尾部插入节点

public void add(HeroNode heroNode) {

    HeroNode temp = head;

    while (true) {

        if (temp.next == null) {
            break;
        }

        temp = temp.next;
    }

    temp.next = heroNode;
    heroNode.pre = temp;
}

4.6、按顺序插入

4.6.1、代码思路

• 定义辅助变量 temp ，相当于一个指针，指向 当前节点
• 我们将 heroNode 节点插入到 temp 节点之后还是 temp 节点之前？
  • 如果插入到 temp 节点之后：
    • 判断条件： temp.next.no > heroNode.no ，即 temp 的下一个节点的值比 heroNode 节点的值大，所以需要将 heroNode 插入到 temp 节点之后
  • while 循环终止条件：
    • temp.next == null ：temp 节点已经是链表的尾节点
    • temp.next.no > heroNode.no ：heroNode 节点的值介于 temp 节点的值和 temp 下一个节点的值之间
    • temp.next.no == heroNode.no ：heroNode 节点的值等于 temp 下一个节点的值，不能进行插入
  • 如果插入到 temp 节点之前：
    • 判断条件： temp.no > heroNode.no ，即 temp 节点的值比 heroNode 节点的值大，所以需要将 heroNode 插入到 temp 节点之前
    • 存在的问题：如果需要在链表尾部插入 heroNode 节点，即需要在 null 节点之前插入 heroNode 节点， 定位至 null 节点将丢失其前一个节点的信息（除非使用一个变量保存起来），所以跳出循环的判断条件为：temp.next == null
    • 所以我们选取：【插入到 temp 节点之后】方案

4.6.2、代码实现

• 代码

public void addByOrder(HeroNode heroNode) {

    HeroNode temp = head;
    boolean flag = false;
    while (true) {
        if (temp.next == null) {
            break;
        }
        if (temp.next.no > heroNode.no) {
            break;
        } else if (temp.next.no == heroNode.no) {
            flag = true;
            break;
        }
        temp = temp.next;
    }

    if (flag) {
        System.out.printf("准备插入的英雄的编号 %d 已经存在了, 不能加入
", heroNode.no);
    } else {

        heroNode.next = temp.next;
        if(temp.next != null) {
            temp.next.pre = heroNode;
        }

        temp.next = heroNode;
        heroNode.pre = temp;
    }
}

4.7、修改节点信息

4.7.1、代码思路

• 定义辅助变量 temp ，相当于一个指针，指向 当前节点
• 如何找到指定节点？ *temp.no == no

4.7.2、代码实现

• 修改指定节点的信息

public void update(HeroNode newHeroNode) {

    if (head.next == null) {
        System.out.println("链表为空~");
        return;
    }

    HeroNode temp = head.next;
    boolean flag = false;
    while (true) {
        if (temp == null) {
            break;
        }
        if (temp.no == newHeroNode.no) {

            flag = true;
            break;
        }
        temp = temp.next;
    }

    if (flag) {
        temp.name = newHeroNode.name;
        temp.nickname = newHeroNode.nickname;
    } else {
        System.out.printf("没有找到 编号 %d 的节点，不能修改
", newHeroNode.no);
    }
}

4.8、删除节点

4.8.1、代码思路

• 定义辅助变量 temp ，相当于一个指针，指向 当前节点
• while 循环的终止条件？由于 temp 节点就是待删除节点，所以终止条件是： temp == null
• 为何双向链表，可以实现 自我删除？定位至待删除的节点 temp ，由于temp 节点有其前一个节点和后一个节点的信息，所以可实现自我删除
• 如何删除？
  • temp 的前一个节点的 next 域指向 temp 的后一个节点： temp.pre.next = temp.next;
  • temp 的后一个节点的 pre 域指向 temp 的前一个节点： temp.next.pre = temp.pre;
    • 有个地方需要注意，如果 temp 已经是链表尾节点，temp 已经没有下一个节点
    • 这时只需要将 temp 的前一个节点的 next 指向 null 即可
    • 所以 temp.next.pre = temp.pre; 执行的前提条件是 *temp.next != null

4.8.2、代码实现

• 删除指定节点

public void del(int no) {

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

    HeroNode temp = head.next;
    boolean flag = false;
    while (true) {
        if (temp == null) {
            break;
        }
        if (temp.no == no) {

            flag = true;
            break;
        }
        temp = temp.next;
    }

    if (flag) {

        temp.pre.next = temp.next;

        if (temp.next != null) {
            temp.next.pre = temp.pre;
        }
    } else {
        System.out.printf("要删除的 %d 节点不存在
", no);
    }
}

4.9、双向链表测试

4.9.1、测试代码

public static void main(String[] args) {

    System.out.println("双向链表的测试");

    HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及时雨");
    HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
    HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
    HeroNode hero4 = new HeroNode(5, "林冲", "豹子头");

    DoubleLinkedList doubleLinkedList = new DoubleLinkedList();
    doubleLinkedList.add(hero1);
    doubleLinkedList.add(hero2);
    doubleLinkedList.add(hero3);
    doubleLinkedList.add(hero4);

    doubleLinkedList.list();

    doubleLinkedList.addByOrder(new HeroNode(4, "Heygo", "Heygogo"));
    doubleLinkedList.addByOrder(new HeroNode(6, "Oneby", "Onebyone"));
    System.out.println("按顺序插入后的情况");
    doubleLinkedList.list();

    HeroNode newHeroNode = new HeroNode(5, "公孙胜", "入云龙");
    doubleLinkedList.update(newHeroNode);
    System.out.println("修改后的链表情况");
    doubleLinkedList.list();

    doubleLinkedList.del(3);
    System.out.println("删除后的链表情况~~");
    doubleLinkedList.list();
}

4.9.2、程序运行结果

双向链表的测试
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickname=智多星]
HeroNode [no=5, name=林冲, nickname=豹子头]
按顺序插入后的情况
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickname=智多星]
HeroNode [no=4, name=Heygo, nickname=Heygogo]
HeroNode [no=5, name=林冲, nickname=豹子头]
HeroNode [no=6, name=Oneby, nickname=Onebyone]
修改后的链表情况
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=3, name=吴用, nickname=智多星]
HeroNode [no=4, name=Heygo, nickname=Heygogo]
HeroNode [no=5, name=公孙胜, nickname=入云龙]
HeroNode [no=6, name=Oneby, nickname=Onebyone]
删除后的链表情况~~
HeroNode [no=1, name=宋江, nickname=及时雨]
HeroNode [no=2, name=卢俊义, nickname=玉麒麟]
HeroNode [no=4, name=Heygo, nickname=Heygogo]
HeroNode [no=5, name=公孙胜, nickname=入云龙]
HeroNode [no=6, name=Oneby, nickname=Onebyone]

4.10、双向链表所有代码

public class DoubleLinkedListDemo {

	public static void main(String[] args) {

		System.out.println("双向链表的测试");

		HeroNode hero1 = new HeroNode(1, "宋江", "及时雨");
		HeroNode hero2 = new HeroNode(2, "卢俊义", "玉麒麟");
		HeroNode hero3 = new HeroNode(3, "吴用", "智多星");
		HeroNode hero4 = new HeroNode(5, "林冲", "豹子头");

		DoubleLinkedList doubleLinkedList = new DoubleLinkedList();
		doubleLinkedList.add(hero1);
		doubleLinkedList.add(hero2);
		doubleLinkedList.add(hero3);
		doubleLinkedList.add(hero4);

		doubleLinkedList.list();

		doubleLinkedList.addByOrder(new HeroNode(0, "Kobe", "BlackMamba"));
		doubleLinkedList.addByOrder(new HeroNode(4, "Heygo", "Heygogo"));
		doubleLinkedList.addByOrder(new HeroNode(6, "Oneby", "Onebyone"));
		System.out.println("按顺序插入后的情况");
		doubleLinkedList.list();

		HeroNode newHeroNode = new HeroNode(5, "公孙胜", "入云龙");
		doubleLinkedList.update(newHeroNode);
		System.out.println("修改后的链表情况");
		doubleLinkedList.list();

		doubleLinkedList.del(3);
		System.out.println("删除后的链表情况~~");
		doubleLinkedList.list();
	}

}

class DoubleLinkedList {

	private HeroNode head = new HeroNode(0, "", "");

	public HeroNode getHead() {
		return head;
	}

	public void list() {

		if (head.next == null) {
			System.out.println("链表为空");
			return;
		}

		HeroNode temp = head.next;
		while (true) {

			if (temp == null) {
				break;
			}

			System.out.println(temp);

			temp = temp.next;
		}
	}

	public void add(HeroNode heroNode) {

		HeroNode temp = head;

		while (true) {

			if (temp.next == null) {
				break;
			}

			temp = temp.next;
		}

		temp.next = heroNode;
		heroNode.pre = temp;
	}

	public void addByOrder(HeroNode heroNode) {

		HeroNode temp = head;
		boolean flag = false;
		while (true) {
			if (temp.next == null) {
				break;
			}
			if (temp.next.no > heroNode.no) {
				break;
			} else if (temp.next.no == heroNode.no) {
				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next;
		}

		if (flag) {
			System.out.printf("准备插入的英雄的编号 %d 已经存在了, 不能加入
", heroNode.no);
		} else {

		 	heroNode.next = temp.next;
		 	if(temp.next != null) {
		 		temp.next.pre = heroNode;
		 	}

		 	temp.next = heroNode;
		 	heroNode.pre = temp;
		}
	}

	public void update(HeroNode newHeroNode) {

		if (head.next == null) {
			System.out.println("链表为空~");
			return;
		}

		HeroNode temp = head.next;
		boolean flag = false;
		while (true) {
			if (temp == null) {
				break;
			}
			if (temp.no == newHeroNode.no) {

				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next;
		}

		if (flag) {
			temp.name = newHeroNode.name;
			temp.nickname = newHeroNode.nickname;
		} else {
			System.out.printf("没有找到 编号 %d 的节点，不能修改
", newHeroNode.no);
		}
	}

	public void del(int no) {

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

		HeroNode temp = head.next;
		boolean flag = false;
		while (true) {
			if (temp == null) {
				break;
			}
			if (temp.no == no) {

				flag = true;
				break;
			}
			temp = temp.next;
		}

		if (flag) {

			temp.pre.next = temp.next;

			if (temp.next != null) {
				temp.next.pre = temp.pre;
			}
		} else {
			System.out.printf("要删除的 %d 节点不存在
", no);
		}
	}

}

class HeroNode {
	public int no;
	public String name;
	public String nickname;
	public HeroNode next;
	public HeroNode pre;

	public HeroNode(int no, String name, String nickname) {
		this.no = no;
		this.name = name;
		this.nickname = nickname;
	}

	@Override
	public String toString() {
		return "HeroNode [no=" + no + ", name=" + name + ", nickname=" + nickname + "]";
	}

}

4.11、总结

• 辅助变量 temp ，相当于一个指针，指向 当前节点
• 如果定位至当前节点会丢失前一个节点的信息，那么我们只能定位至待操作节点的前一个节点：使用 temp.next 进行条件判断

5、单向环形链表

5.1、单向环形链表应用场景

• Josephu 问题为： 设编号为 1， 2， ... n 的 n 个人围坐一圈， 约定编号为 k（1

5.2、单向环形链表图解

5.3、Josephu 问题

• 用一个不带头结点的循环链表来处理 Josephu 问题： 先构成一个有 n 个结点的 单循环链表， 然后由 k 结点起从 1 开始计数， 计到 m 时， 对应结点从链表中删除， 然后再从被删除结点的下一个结点又从 1 开始计数， 直到最后一个结点从链表中删除算法结束。

5.4、环形链表的构建与遍历

5.4.1、Boy 节点的定义

• Boy 节点就是个普普通通的单向链表节点

class Boy {
	private int no;
	private Boy next;

	public Boy(int no) {
		this.no = no;
	}

	public int getNo() {
		return no;
	}

	public void setNo(int no) {
		this.no = no;
	}

	public Boy getNext() {
		return next;
	}

	public void setNext(Boy next) {
		this.next = next;
	}
}

5.4.2、单向循环链表的定义

• first 节点为单向循环链表的 首节点，是真实 存放数据的节点，不是头结点

class CircleSingleLinkedList {

	private Boy first = null;

5.4.3、构建单向循环链表

1、代码思路

• 长度为 1 的情况：
  • 新创建的 boy 节点即是首节点： first = boy;
  • 自封闭（自己构成环形链表）： first.setNext(first);
  • 此时 first 节点既是首节点，也是尾节点，辅助指针也指向 first ： curBoy = first;
• 长度不为 1 的情况：
  • 将 boy 节点添加至环形链表的最后： curBoy.setNext(boy); ，curBoy 节点永远是环形链表的尾节点
  • 构成环形链表（最）： boy.setNext(first);
  • 辅助指针后移，指向环形链表的尾节点： *curBoy = boy;

2、代码实现

public void addBoy(int nums) {

    if (nums < 1) {
        System.out.println("nums的值不正确");
        return;
    }
    Boy curBoy = null;

    for (int i = 1; i  nums; i++) {

        Boy boy = new Boy(i);

        if (i == 1) {
            first = boy;
            first.setNext(first);
            curBoy = first;
        } else {
            curBoy.setNext(boy);
            boy.setNext(first);
            curBoy = boy;
        }
    }
}

5.4.4、遍历单向循环链表

1、代码思路

• 定义辅助变量 curBoy ，相当于一个指针，指向 当前节点
• 何时退出 while 循环？当 curBoy 已经指向环形链表的尾节点： *curBoy.getNext() == first

2、代码实现

public void showBoy() {

    if (first == null) {
        System.out.println("没有任何小孩~~");
        return;
    }

    Boy curBoy = first;
    while (true) {
        System.out.printf("小孩的编号 %d 
", curBoy.getNo());
        if (curBoy.getNext() == first) {
            break;
        }
        curBoy = curBoy.getNext();
    }
}

5.5、解决 Josephu 问题

5.5.1、代码思路

• 辅助变量 helper ：helper 永都指向 环形链表的尾节点，环形链表的尾节点永远都指向首节点，可得出： helper.getNext() == first
• 如何将 helper 定位至环形链表的尾节点？
  • 初始化时，让 helper = first ，此时 helper 指向环形链表的首节点
  • while 循环终止条件？ helper.getNext() == first ：此时 helper 已经移动至环形链表的尾节点
• 如何定位至第 startNo 个节点？如果想要定位至第 2 个节点，那么则需要让 first 和 helper 都移动 1 步，所以让 first 和 helper 都移动 (startNo - 1)步即可
• 如何数 nums 下？让 first 和 helper 都移动 (nums - 1)步即可
• 如何实现出圈？
  • 我们需要将 first 指向的节点出圈，first 前一个节点的地址在 helper 中存着（环形链表）
  • 先让 first 后移一步： first = first.getNext;
  • 出圈： helper.setNext(first); ，原来的 first 节点由于没有任何引用，便会被垃圾回收机制回收
• while 循环终止条件？圈中只剩一人： *helper == first

5.5.2、代码实现

public void countBoy(int startNo, int countNum, int nums) {

	if (first == null || startNo < 1 || startNo > nums) {
		System.out.println("参数输入有误， 请重新输入");
		return;
	}

	Boy helper = first;

	while (true) {
		if (helper.getNext() == first) {
			break;
		}
		helper = helper.getNext();
	}

	for (int j = 0; j < startNo - 1; j++) {
		first = first.getNext();
		helper = helper.getNext();
	}

	while (true) {
		if (helper == first) {
			break;
		}

		for (int j = 0; j < countNum - 1; j++) {
			first = first.getNext();
			helper = helper.getNext();
		}

		System.out.printf("小孩%d出圈
", first.getNo());

		first = first.getNext();
		helper.setNext(first);

	}
	System.out.printf("最后留在圈中的小孩编号%d 
", first.getNo());

}

5.6、Josephu 问题测试

5.6.1、测试代码

public static void main(String[] args) {

    CircleSingleLinkedList circleSingleLinkedList = new CircleSingleLinkedList();
    circleSingleLinkedList.addBoy(5);
    circleSingleLinkedList.showBoy();

    circleSingleLinkedList.countBoy(1, 2, 3);
}

5.6.2、程序运行结果

小孩的编号 1
小孩的编号 2
小孩的编号 3
小孩的编号 4
小孩的编号 5
小孩2出圈
小孩4出圈
小孩1出圈
小孩5出圈
最后留在圈中的小孩编号3

5.7、Josephu 问题所有代码

public class Josepfu {

	public static void main(String[] args) {

		CircleSingleLinkedList circleSingleLinkedList = new CircleSingleLinkedList();
		circleSingleLinkedList.addBoy(5);
		circleSingleLinkedList.showBoy();

		circleSingleLinkedList.countBoy(1, 2, 3);
	}

}

class CircleSingleLinkedList {

	private Boy first = null;

	public void addBoy(int nums) {

		if (nums < 1) {
			System.out.println("nums的值不正确");
			return;
		}
		Boy curBoy = null;

		for (int i = 1; i  nums; i++) {

			Boy boy = new Boy(i);

			if (i == 1) {
				first = boy;
				first.setNext(first);
				curBoy = first;
			} else {
				curBoy.setNext(boy);
				boy.setNext(first);
				curBoy = boy;
			}
		}
	}

	public void showBoy() {

		if (first == null) {
			System.out.println("没有任何小孩~~");
			return;
		}

		Boy curBoy = first;
		while (true) {
			System.out.printf("小孩的编号 %d 
", curBoy.getNo());
			if (curBoy.getNext() == first) {
				break;
			}
			curBoy = curBoy.getNext();
		}
	}

	public void countBoy(int startNo, int countNum, int nums) {

		if (first == null || startNo < 1 || startNo > nums) {
			System.out.println("参数输入有误， 请重新输入");
			return;
		}

		Boy helper = first;

		while (true) {
			if (helper.getNext() == first) {
				break;
			}
			helper = helper.getNext();
		}

		for (int j = 0; j < startNo - 1; j++) {
			first = first.getNext();
			helper = helper.getNext();
		}

		while (true) {
			if (helper == first) {
				break;
			}

			for (int j = 0; j < countNum - 1; j++) {
				first = first.getNext();
				helper = helper.getNext();
			}

			System.out.printf("小孩%d出圈
", first.getNo());

			first = first.getNext();
			helper.setNext(first);

		}
		System.out.printf("最后留在圈中的小孩编号%d 
", first.getNo());

	}
}

class Boy {
	private int no;
	private Boy next;

	public Boy(int no) {
		this.no = no;
	}

	public int getNo() {
		return no;
	}

	public void setNo(int no) {
		this.no = no;
	}

	public Boy getNext() {
		return next;
	}

	public void setNext(Boy next) {
		this.next = next;
	}

}

5.8、总结

• 操作单向链表：对于插入、删除操作，只能定位至待操作节点的前一个节点，如果定位至当前节点，那么其上一个节点的信息便会丢失