数据结构：线性表及Java实现
声明：概念方面不清楚的读者，可以通过书籍或者网络搜索相关名词解释，本文重点关注在代码实现层面
一 序言
本文内容：先讲解线性表基础知识，然后使用数组和链表实现线性表。
二 线性表基本知识
1 线性表：由零个或多个数据元素组成的有序序列。
2 线性表中每个节点最多只有一个前驱节点和后继节点，头节点没有前驱节点，尾节点没有后继节点。
图1 线性表结构
如图1所示，节点个数为n，节点a1是头节点，它没有前驱节点，它的后继节点是a2，an为尾节点，它没有后继节点，它的前驱节点为a(n-1)，a2的前驱节点为a1，后继节点为a3(图中未画出)。从图1可以看出，线性表各节点的逻辑结构直观上可以看成各个节点相连接，形成一条链。
注意：图1中的箭头并不表示指针，笔者只是想表达它们的存储关系是链式的
3 线性表存储结构
线性表在内存中存储结构包含两种形式：
a) 顺序存储，存储单元连续，前驱节点和后继节点所存储的内存是紧靠着的，如图2所示
b) 链式存储，存储单元不一定连续，前驱节点和后继节点所存储的内存非紧靠着的，此时需要通过一个指针（Java中称为引用）指向来串接，如图3所示
图2 内存连续
图3 内存不连续
从图2可以看出，对于内存连续的线性表，通过前驱节点向后移动一个节点（由当前节点类型所占空间大小决定）即可找到其后继节点；
从图2可以看出，对于内存不连续的线性表，需要通过一个辅助手段找到节点的后继节点，即添加一个next指针（Java中成为对应引用，类似指针的概念），并通过该next指针找到其后继节点，灰色块表示，它们可能是内存连续的或者相隔若干个节点；
4 抽象数据类型
抽象数据类型是对同种类型数据及对该种类型数据所做操作的抽象。
数据类型包括：原子数据类型和结构数据类型。原子类型不可分割，结构类型由结构类型和原子类型组合而成，它不是最小数据单元。
数据操作包括：初始化操作，清空操作，增加数据，删除数据，修改数据，查询数据，判断线性表是否为空和判断线性表大小等操作。
三 数组实现线性表
package com.datastruct.linear;
/**
* Description: 【数据结构-线性表】数组实现方案
*
* @author guodong
* @date 2020/3/28 22:41
*/
public class ArrayLinear {
/**
* 定义线性表大小，不考虑扩容的情况
*/
private static int ARRAY_LEN = 10;
/**
* 记录线性表当前大小
*/
private static int CURRENT_SIZE = 0;
/**
* 初始化数组，申请连续的空间
*/
private static int[] arrayList;
public static void main(String[] args) {
createList();
delete(0);
insert(0, 10);
printValue(arrayList);
insert(2, 12);
printValue(arrayList);
insert(1, 11);
printValue(arrayList);
int delete = delete(1);
System.out.println("【删除】结果：" + delete);
printValue(arrayList);
int update = update(0, 100);
System.out.println("【更新】结果：" + update);
printValue(arrayList);
int get = get(11);
System.out.println("【查询】结果：" + get);
get = get(8);
System.out.println("【查询】结果：" + get);
}
/**
* 初始化线性表
*/
private static void createList() {
arrayList = new int[ARRAY_LEN];
}
/**
* 判断线性表是否为空
*/
private static boolean isEmpty() {
return CURRENT_SIZE == 0;
}
/**
* 判断是否达到容量上限
*/
private static boolean isFull() {
return CURRENT_SIZE == ARRAY_LEN - 1;
}
/**
* 添加数值到指定位置，从指定位置开始，
* 将其后的数据往后移动一位，然后将数据放到指定位置
*
* @param local 指定位置
* @param value 数值
* @return void
*/
private static void insert(int local, int value) {
if (isFull()) {
System.out.println("线性表容量达到上限");
return;
}
if (local > CURRENT_SIZE) {
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException();
}
if (local == CURRENT_SIZE) {
arrayList[local] = value;
CURRENT_SIZE++;
return;
}
for (int l = CURRENT_SIZE - 1; l > local; l--) {
arrayList[l + 1] = arrayList[l];
}
arrayList[local] = value;
}
/**
* 删除指定位置的值，将其后面的数据往前移动一位，返回原来的值
*
* @param local 位置
* @return int
*/
private static int delete(int local) {
if (isEmpty()) {
System.out.println("线性表为空");
return -1;
}
if (local < 0 || local > CURRENT_SIZE) {
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException();
}
// 缓存删除前的内容
int oldValue = arrayList[local];
// 删除元素
arrayList[local] = 0;
// 将其后面数据往前移动
for (int l = local; l < CURRENT_SIZE; l++) {
arrayList[local] = arrayList[local + 1];
}
return oldValue;
}
/**
* 修改指定位置的数值，并返回修改前的值
*
* @param local 位置
* @param value 修改后的值
* @return int
*/
private static int update(int local, int value) {
if (isEmpty()) {
System.out.println("线性表为空");
return -1;
}
if (local < 0 || local > ARRAY_LEN) {
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException();
}
int oldValue = arrayList[local];
arrayList[local] = value;
return oldValue;
}
/**
* 获取指定位置数值
*
* @param local 位置
* @return int
*/
private static int get(int local) {
if (isEmpty()) {
System.out.println("线性表为空");
return -1;
}
if (local < 0 || local > ARRAY_LEN) {
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException();
}
return arrayList[local];
}
/**
* 数组打印
*
* @param array 线性表
* @return void
*/
private static void printValue(int[] array) {
for (int index = 0; index < array.length; index++) {
System.out.print("array[" + index + "]= " + array[index] + " ");
}
System.out.println("");
}
}
四 链表实现线性表
package com.datastruct.linear;
/**
* Description: 【数据结构-线性表】链表实现方案
*
* @author guodong
* @date 2020/3/28 22:46
*/
public class LinkedLinear {
/**
* 头节点，不存储任何数据，标志链表起始位置
*/
private static Node root;
public static void main(String[] args) {
createList();
printValue(root);
insert(1, new Node(11));
printValue(root);
insert(2, new Node(22));
printValue(root);
Node delete = delete(1);
System.out.println("【删除】结果：" + (delete == null ? "null" : delete.getValue()));
printValue(root);
Node update = update(1, new Node(122));
System.out.println("【更新】结果：" + (update == null ? "null" : update.getValue()));
printValue(root);
Node node = get(1);
System.out.println("【查询】结果：" + (node == null ? "null" : node.getValue()));
}
/**
* 初始化链表
*/
private static void createList() {
root = new Node(0);
}
/**
* 判断线性表是否为空
*/
private static boolean isEmpty() {
return root == null;
}
/**
* 插入节点
*
* @param local 位置
* @param node 数据节点
* @return void
*/
private static void insert(int local, Node node) {
if (isEmpty()) {
createList();
}
Node tmp = root;
int size = 0;
while (tmp.getNext() != null) {
size++;
if (size == local) {
tmp.setNext(node);
return;
}
tmp = tmp.getNext();
}
tmp.setNext(node);
}
/**
* 删除指定位置元素
*
* @param local 位置
* @return com.datastruct.linear.Node
*/
private static Node delete(int local) {
if (isEmpty()) {
System.out.println("线性表为空");
return null;
}
Node tmp = root;
int size = 0;
while (tmp != null) {
if (size++ == local - 1) {
Node next = tmp.getNext();
if (next != null) {
tmp.setNext(next.getNext());
} else {
System.out.println("没有指定元素");
}
return next;
}
tmp = tmp.getNext();
}
System.out.println("没有指定元素");
return null;
}
/**
* 更新指定位置元素
*
* @param local 位置
* @param node 更改后的内容
* @return com.datastruct.linear.Node
*/
private static Node update(int local, Node node) {
if (isEmpty()) {
System.out.println("线性表为空");
return null;
}
Node tmp = root;
int size = 0;
while (tmp != null) {
if (size++ == local) {
Node oldValue = tmp;
tmp.setValue(node.getValue());
return oldValue;
}
tmp = tmp.getNext();
}
System.out.println("没有指定元素");
return null;
}
/**
* 查询节点
*
* @param local 指定位置
* @return com.datastruct.linear.Node
*/
private static Node get(int local) {
if (isEmpty()) {
System.out.println("线性表为空");
return null;
}
Node tmp = root;
int size = 0;
while (tmp != null) {
if (size++ == local) {
return tmp;
}
tmp = tmp.getNext();
}
System.out.println("没有指定元素");
return null;
}
/**
* 数组打印
*
* @param root 线性表
* @return void
*/
private static void printValue(Node root) {
int len = 0;
while (root != null) {
System.out.print("node[" + len++ + "]= " + root.getValue() + " ");
root = root.getNext();
}
System.out.println("");
}
}
class Node {
private int value;
private Node next;
public Node(int value) {
this.value = value;
}
public void setValue(int value) {
this.value = value;
}
public int getValue() {
return value;
}
public void setNext(Node next) {
this.next = next;
}
public Node getNext() {
return next;
}
}
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