java数据结构之链表（上）

链表（Linked List）是一种常见的数据结构，它由一系列节点（Node）组成，每个节点包含数据元素以及指向下一个节点的指针，与数组不同，链表中的元素在内存中并不是连续存储的，而是通过指针链接起来。

分类

根据节点之间指针的不同连接方式，链表可以分为多种类型：
 

1. 单链表：每个节点只包含一个指向下一个节点的指针，最后一个节点的指针指向 null，表示链表的结尾。
2. 双链表：每个节点除了包含指向下一个节点的指针外，还包含一个指向前一个节点的指针，这样可以实现双向遍历，在某些操作上更加灵活。
    
3. 循环链表：对于单链表来说，如果最后一个节点的指针指向链表的头节点，就形成了单循环链表；同理，双链表也可以构成循环结构，首尾节点相互连接，循环链表在一些特定场景下有其应用优势，比如实现环形缓冲区等。

单链表在Java中的实现

首先需要定义链表的节点类，如下所示：

class ListNode {
    int val; // 节点存储的数据，可以是任意类型，这里以整数举例
    ListNode next; // 指向下一个节点的引用

    ListNode(int val) {
        this.val = val;
        this.next = null;
    }
}

val表示节点存储的数据值，next就是指向后续节点的引用，初始化为null表示当前节点暂时没有后续连接的节点。

接下来构建单链表类，实现诸如链表的创建、插入、删除、查找等基本操作。

创建单链表通常从一个空链表开始，然后逐个添加节点。示例代码如下：

class SinglyLinkedList {
    ListNode head; // 链表的头节点

    SinglyLinkedList() {
        head = null;
    }

    // 在链表末尾添加节点的方法
    public void append(int val) {
        ListNode newNode = new ListNode(val);
        if (head == null) {
            head = newNode;
            return;
        }
        ListNode current = head;
        while (current.next!= null) {
            current = current.next;
        }
        current.next = newNode;
    }
}

插入操作可以分为在表头插入、在表中指定位置插入和在表尾插入

在表头插入节点：

public void insertAtHead(int val) {
        ListNode newNode = new ListNode(val);
        newNode.next = head;
        head = newNode;
    }

该方法先创建一个新节点，然后让新节点的 next 指针指向当前的头节点，最后将新节点设置为头节点，实现了在表头插入的功能，时间复杂度为O(1)，非常高效。

在指定位置插入节点：

public void insertAtPosition(int val, int position) {
        if (position == 0) {
            insertAtHead(val);
            return;
        }
        ListNode newNode = new ListNode(val);
        ListNode current = head;
        int count = 0;
        while (count < position - 1 && current!= null) {
            current = current.next;
            count++;
        }
        if (current == null) {
            throw new IndexOutOfBoundsException("Invalid position");
        }
        newNode.next = current.next;
        current.next = newNode;
    }

这段代码先判断要插入的位置是否为 0，如果是则调用insertAtHead方法。否则，通过循环遍历找到指定位置的前一个节点，然后将新节点插入到相应位置。

同样，删除操作也有多种情况，比如删除表头节点、删除表尾节点、删除指定位置的节点等。
删除表头节点：

 public void deleteAtHead() {
        if (head!= null) {
            head = head.next;
        }
    }

删除指定位置的节点： 

 public void deleteAtPosition(int position) {
        if (position == 0) {
            deleteAtHead();
            return;
        }
        ListNode current = head;
        int count = 0;
        while (count < position - 1 && current!= null) {
            current = current.next;
            count++;
        }
        if (current == null || current.next == null) {
            throw new IndexOutOfBoundsException("Invalid position");
        }
        current.next = current.next.next;
    }

先判断要删除的位置是否为 0，若是则调用deleteAtHead方法，否则，通过循环找到指定位置的前一个节点，然后跳过要删除的节点，将其前后节点连接起来，实现删除功能。

查找链表中是否存在某个值的节点可以通过遍历链表来实现：

public boolean contains(int val) {
        ListNode current = head;
        while (current!= null) {
            if (current.val == val) {
                return true;
            }
            current = current.next;
        }
        return false;
    }

从链表头开始，逐个节点比较其存储的值与要查找的值是否相等，直到遍历完整个链表或者找到匹配的值。