链表 java实现 超详细

链表 java实现 超详细

目录：

1、单链表的创建和遍历

2、求单链表中节点的个数

3、查找单链表中的倒数第k个结点（剑指offer，题15）

4、查找单链表中的中间结点

5、合并两个有序的单链表，合并之后的链表依然有序【出现频率高】（剑指offer，题17）

6、单链表的反转【出现频率最高】（剑指offer，题16）

7、从尾到头打印单链表（剑指offer，题5）

8、判断单链表是否有环

9、取出有环链表中，环的长度

10、单链表中，取出环的起始点（剑指offer，题56）。本题需利用上面的第8题和第9题。

11、判断两个单链表相交的第一个交点（剑指offer，题37）

1、单链表的创建和遍历：

public class LinkList {
    public Node head;
    public Node current;

    //方法：向链表中添加数据
    public void add(int data) {
        //判断链表为空的时候
        if (head == null) {//如果头结点为空，说明这个链表还没有创建，那就把新的结点赋给头结点
            head = new Node(data);
            current = head;
        } else {
            //创建新的结点，放在当前节点的后面（把新的结点合链表进行关联）
            current.next = new Node(data);
            //把链表的当前索引向后移动一位
            current = current.next;   //此步操作完成之后，current结点指向新添加的那个结点
        }
    }

    //方法：遍历链表（打印输出链表。方法的参数表示从节点node开始进行遍历
    public void print(Node node) {
        if (node == null) {
            return;
        }

        current = node;
        while (current != null) {
            System.out.println(current.data);
            current = current.next;
        }
    }


    class Node {
        //注：此处的两个成员变量权限不能为private，因为private的权限是仅对本类访问。
        int data; //数据域
        Node next;//指针域

        public Node(int data) {
            this.data = data;
        }
    }


    public static void main(String[] args) {
        LinkList list = new LinkList();
        //向LinkList中添加数据
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            list.add(i);
        }

        list.print(list.head);// 从head节点开始遍历输出
    }

}

上方代码中，这里面的Node节点采用的是内部类来表示（33行）。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。

为了方便添加和遍历的操作，在LinkList类中添加一个成员变量current，用来表示当前节点的索引（03行）。

这里面的遍历链表的方法（20行）中，参数node表示从node节点开始遍历，不一定要从head节点遍历。

2、求单链表中节点的个数：

注意检查链表是否为空。时间复杂度为O（n）。这个比较简单。

//方法：获取单链表的长度
    public int getLength(Node head) {
        if (head == null) {
            return 0;
        }

        int length = 0;
        Node current = head;
        while (current != null) {
            length++;
            current = current.next;
        }

        return length;
    }

3、查找单链表中的倒数第k个结点：

3.1 普通思路：

先将整个链表从头到尾遍历一次，计算出链表的长度size，得到链表的长度之后，就好办了，直接输出第(size-k)个节点就可以了（注意链表为空，k为0，k为1，k大于链表中节点个数时的情况）。时间复杂度为O（n）

public int findLastNode(int index) {  //index代表的是倒数第index的那个结点

        //第一次遍历，得到链表的长度size
        if (head == null) {
            return -1;
        }

        current = head;
        while (current != null) {
            size++;
            current = current.next;
        }

        //第二次遍历，输出倒数第index个结点的数据
        current = head;
        for (int i = 0; i < size - index; i++) {
            current = current.next;
        }

        return current.data;
    }

如果不允许你遍历链表的长度，该怎么做呢？

3.2 改进思路：（这种思路在其他题目中也有应用）
这里需要声明两个指针：即两个结点型的变量first和second，首先让first和second都指向第一个结点，然后让second结点往后挪k-1个位置，此时first和second就间隔了k-1个位置，然后整体向后移动这两个节点，直到second节点走到最后一个结点的时候，此时first节点所指向的位置就是倒数第k个节点的位置。时间复杂度为O（n）

public Node findLastNode(Node head, int index) {

        if (node == null) {
            return null;
        }

        Node first = head;
        Node second = head;

        //让second结点往后挪index个位置
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            second = second.next;
        }

        //让first和second结点整体向后移动，直到second结点为Null
        while (second != null) {
            first = first.next;
            second = second.next;
        }

        //当second结点为空的时候，此时first指向的结点就是我们要找的结点
        return first;
    }

上面的代码中，看似已经实现了功能，其实还不够健壮:

要注意k等于0的情况；

如果k大于链表中节点个数时，就会报空指针异常，所以这里需要做一下判断。

public Node findLastNode(Node head, int k) {
        if (k == 0 || head == null) {
            return null;
        }

        Node first = head;
        Node second = head;

        //让second结点往后挪k-1个位置
        for (int i = 0; i < k - 1; i++) {
            System.out.println("i的值是" + i);
            second = second.next;
            if (second == null) { //说明k的值已经大于链表的长度了
                //throw new NullPointerException("链表的长度小于" + k); //我们自己抛出异常，给用户以提示
                return null;
            }
        }

        //让first和second结点整体向后移动，直到second走到最后一个结点
        while (second.next != null) {
            first = first.next;
            second = second.next;
        }

        //当second结点走到最后一个节点的时候，此时first指向的结点就是我们要找的结点
        return first;
    }

4、查找单链表中的中间结点：

同样，面试官不允许你算出链表的长度，该怎么做呢？

思路：
和上面的第2节一样，也是设置两个指针first和second，只不过这里是，两个指针同时向前走，second指针每次走两步，first指针每次走一步，直到second指针走到最后一个结点时，此时first指针所指的结点就是中间结点。注意链表为空，链表结点个数为1和2的情况。时间复杂度为O（n）。

//方法：查找链表的中间结点
    public Node findMidNode(Node head) {

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

        Node first = head;
        Node second = head;
        //每次移动时，让second结点移动两位，first结点移动一位
        while (second != null && second.next != null) {
            first = first.next;
            second = second.next.next;
        }
        
        //直到second结点移动到null时，此时first指针指向的位置就是中间结点的位置
        return first;
    }

上方代码中，当n为偶数时，得到的中间结点是第n/2 + 1个结点。比如链表有6个节点时，得到的是第4个节点。

5、合并两个有序的单链表，合并之后的链表依然有序：

例如：

链表1：

1->2->3->4

链表2：

2->3->4->5

合并后：

1->2->2->3->3->4->4->5

解题思路：

挨着比较链表1和链表2。

这个类似于归并排序。尤其要注意两个链表都为空、和其中一个为空的情况。只需要O (1) 的空间。时间复杂度为O (max(len1,len2))

//两个参数代表的是两个链表的头结点
    public Node mergeLinkList(Node head1, Node head2) {

        if (head1 == null && head2 == null) {  //如果两个链表都为空
            return null;
        }
        if (head1 == null) {
            return head2;
        }
        if (head2 == null) {
            return head1;
        }

        Node head; //新链表的头结点
        Node current;  //current结点指向新链表

        // 一开始，我们让current结点指向head1和head2中较小的数据，得到head结点
        if (head1.data < head2.data) {
            head = head1;
            current = head1;
            head1 = head1.next;
        } else {
            head = head2;
            current = head2;
            head2 = head2.next;
        }

        while (head1 != null && head2 != null) {
            if (head1.data < head2.data) {
                current.next = head1;  //新链表中，current指针的下一个结点对应较小的那个数据
                current = current.next; //current指针下移
                head1 = head1.next;
            } else {
                current.next = head2;
                current = current.next;
                head2 = head2.next;
            }
        }

        //合并剩余的元素
        if (head1 != null) { //说明链表2遍历完了，是空的
            current.next = head1;
        }

        if (head2 != null) { //说明链表1遍历完了，是空的
            current.next = head2;
        }

        return head;
    }

public static void main(String[] args) {
        LinkList list1 = new LinkList();
        LinkList list2 = new LinkList();
        //向LinkList中添加数据
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            list1.add(i);
        }

        for (int i = 3; i < 8; i++) {
            list2.add(i);
        }

        LinkList list3 = new LinkList();
        list3.head = list3.mergeLinkList(list1.head, list2.head); //将list1和list2合并，存放到list3中

        list3.print(list3.head);// 从head节点开始遍历输出
    }

6、单链表的反转：【出现频率最高】

例如链表：

1->2->3->4

反转之后：

4->3->2->1

思路：

从头到尾遍历原链表，每遍历一个结点，将其摘下放在新链表的最前端。注意链表为空和只有一个结点的情况。时间复杂度为O（n）

方法1：（遍历）

//方法：链表的反转
    public Node reverseList(Node head) {

        //如果链表为空或者只有一个节点，无需反转，直接返回原链表的头结点
        if (head == null || head.next == null) {
            return head;
        }

        Node current = head;
        Node next = null; //定义当前结点的下一个结点
        Node reverseHead = null;  //反转后新链表的表头

        while (current != null) {
            next = current.next;  //暂时保存住当前结点的下一个结点，因为下一次要用

            current.next = reverseHead; //将current的下一个结点指向新链表的头结点
            reverseHead = current;  

            current = next;   // 操作结束后，current节点后移
        }

        return reverseHead;
    }

方法2：（递归）

这个方法有点难，先不讲了。

7、从尾到头打印单链表：

对于这种颠倒顺序的问题，我们应该就会想到栈，后进先出。所以，这一题要么自己使用栈，要么让系统使用栈，也就是递归。注意链表为空的情况。时间复杂度为O（n）

注：不要想着先将单链表反转，然后遍历输出，这样会破坏链表的结构，不建议。

方法1：（自己新建一个栈）

//方法：从尾到头打印单链表
    public void reversePrint(Node head) {

        if (head == null) {
            return;
        }

        Stack<Node> stack = new Stack<Node>();  //新建一个栈
        Node current = head;

        //将链表的所有结点压栈
        while (current != null) {-
            stack.push(current);  //将当前结点压栈
            current = current.next;
        }

        //将栈中的结点打印输出即可
        while (stack.size() > 0) {
            System.out.println(stack.pop().data);  //出栈操作
        }
    }

方法2：（使用系统的栈：递归，代码优雅简洁）

public void reversePrint(Node head) {


        if (head == null) {
            return;
        }
        reversePrint(head.next);
        System.out.println(head.data);
    }

总结：方法2是基于递归实现的，戴安看起来简洁优雅，但有个问题：当链表很长的时候，就会导致方法调用的层级很深，有可能造成栈溢出。而方法1的显式用栈，是基于循环实现的，代码的鲁棒性要更好一些。

8、判断单链表是否有环：

这里也是用到两个指针，如果一个链表有环，那么用一个指针去遍历，是永远走不到头的。

因此，我们用两个指针去遍历：first指针每次走一步，second指针每次走两步，如果first指针和second指针相遇，说明有环。时间复杂度为O (n)。

//方法：判断单链表是否有环
    public boolean hasCycle(Node head) {

        if (head == null) {
            return false;
        }

        Node first = head;
        Node second = head;

        while (second != null) {
            first = first.next;   //first指针走一步
            second = second.next.next;  second指针走两步

            if (first == second) {  //一旦两个指针相遇，说明链表是有环的
                return true;
            }
        }

        return false;
    }

完整版代码：（包含测试部分）

这里，我们还需要加一个重载的add(Node node)方法，在创建单向循环链表时要用到。

LinkList.java:

public class LinkList {
    public Node head;
    public Node current;

    //方法：向链表中添加数据
    public void add(int data) {
        //判断链表为空的时候
        if (head == null) {//如果头结点为空，说明这个链表还没有创建，那就把新的结点赋给头结点
            head = new Node(data);
            current = head;
        } else {
            //创建新的结点，放在当前节点的后面（把新的结点合链表进行关联）
            current.next = new Node(data);
            //把链表的当前索引向后移动一位
            current = current.next;
        }
    }


    //方法重载：向链表中添加结点
    public void add(Node node) {
        if (node == null) {
            return;
        }

        if (head == null) {
            head = node;
            current = head;
        } else {
            current.next = node;
            current = current.next;
        }
    }


    //方法：遍历链表（打印输出链表。方法的参数表示从节点node开始进行遍历
    public void print(Node node) {
        if (node == null) {
            return;
        }

        current = node;
        while (current != null) {
            System.out.println(current.data);
            current = current.next;
        }
    }

    //方法：检测单链表是否有环
    public boolean hasCycle(Node head) {

        if (head == null) {
            return false;
        }

        Node first = head;
        Node second = head;

        while (second != null) {
            first = first.next;  //first指针走一步
            second = second.next.next;  //second指针走两步

            if (first == second) {  //一旦两个指针相遇，说明链表是有环的
                return true;
            }
        }

        return false;
    }

    class Node {
        //注：此处的两个成员变量权限不能为private，因为private的权限是仅对本类访问。
        int data; //数据域
        Node next;//指针域

        public Node(int data) {
            this.data = data;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        LinkList list = new LinkList();
        //向LinkList中添加数据
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            list.add(i);
        }

        list.add(list.head);  //将头结点添加到链表当中，于是，单链表就有环了。备注：此时得到的这个环的结构，是下面的第8小节中图1的那种结构。

        System.out.println(list.hasCycle(list.head));
    }
}

9、取出有环链表中，环的长度：

我们平时碰到的有环链表是下面的这种：（图1）

上图中环的长度是4。

但有可能也是下面的这种：（图2）

此时，上图中环的长度就是3了。

那怎么求出环的长度呢？

思路：

这里面，我们需要先利用上面的第7小节中的hasCycle方法（判断链表是否有环的那个方法），这个方法的返回值是boolean型，但是现在要把这个方法稍做修改，让其返回值为相遇的那个结点。然后，我们拿到这个相遇的结点就好办了，这个结点肯定是在环里嘛，我们可以让这个结点对应的指针一直往下走，直到它回到原点，就可以算出环的长度了。

//方法：判断单链表是否有环。返回的结点是相遇的那个结点
    public Node hasCycle(Node head) {

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

        Node first = head;
        Node second = head;

        while (second != null) {
            first = first.next;
            second = second.next.next;

            if (first == second) {  //一旦两个指针相遇，说明链表是有环的
                return first;  //将相遇的那个结点进行返回
            }
        }

        return null;
    }

    //方法：有环链表中，获取环的长度。参数node代表的是相遇的那个结点
    public int getCycleLength(Node node) {

        if (head == null) {
            return 0;
        }

        Node current = node;
        int length = 0;

        while (current != null) {
            current = current.next;
            length++;
            if (current == node) {  //当current结点走到原点的时候
                return length;
            }
        }

        return length;
    }

完整版代码（包括测试部分）

public class LinkList {
    public Node head;
    public Node current;

    public int size;

    //方法：向链表中添加数据
    public void add(int data) {
        //判断链表为空的时候
        if (head == null) {//如果头结点为空，说明这个链表还没有创建，那就把新的结点赋给头结点
            head = new Node(data);
            current = head;
        } else {
            //创建新的结点，放在当前节点的后面（把新的结点合链表进行关联）
            current.next = new Node(data);
            //把链表的当前索引向后移动一位
            current = current.next;   //此步操作完成之后，current结点指向新添加的那个结点
        }
    }


    //方法重载：向链表中添加结点
    public void add(Node node) {
        if (node == null) {
            return;
        }
        if (head == null) {
            head = node;
            current = head;
        } else {
            current.next = node;
            current = current.next;
        }
    }


    //方法：遍历链表（打印输出链表。方法的参数表示从节点node开始进行遍历
    public void print(Node node) {
        if (node == null) {
            return;
        }

        current = node;
        while (current != null) {
            System.out.println(current.data);
            current = current.next;
        }
    }

    //方法：判断单链表是否有环。返回的结点是相遇的那个结点
    public Node hasCycle(Node head) {

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

        Node first = head;
        Node second = head;

        while (second != null) {
            first = first.next;
            second = second.next.next;

            if (first == second) {  //一旦两个指针相遇，说明链表是有环的
                return first;  //将相遇的那个结点进行返回
            }
        }

        return null;
    }

    //方法：有环链表中，获取环的长度。参数node代表的是相遇的那个结点
    public int getCycleLength(Node node) {

        if (head == null) {
            return 0;
        }

        Node current = node;
        int length = 0;

        while (current != null) {
            current = current.next;
            length++;
            if (current == node) {  //当current结点走到原点的时候
                return length;
            }
        }

        return length;
    }

    class Node {
        //注：此处的两个成员变量权限不能为private，因为private的权限是仅对本类访问。
        int data; //数据域
        Node next;//指针域

        public Node(int data) {
            this.data = data;
        }
    }


    public static void main(String[] args) {
        LinkList list1 = new LinkList();

        Node second = null; //把第二个结点记下来

        //向LinkList中添加数据
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            list1.add(i);

            if (i == 1) {
                second = list1.current;  //把第二个结点记下来
            }
        }

        list1.add(second);   //将尾结点指向链表的第二个结点，于是单链表就有环了，备注：此时得到的环的结构，是本节中图2的那种结构
        Node current = list1.hasCycle(list1.head);  //获取相遇的那个结点

        System.out.println("环的长度为" + list1.getCycleLength(current));
    }

}

如果将上面的104至122行的测试代码改成下面这样的：（即：将图2中的结构改成图1中的结构）

public static void main(String[] args) {
        LinkList list1 = new LinkList();
        //向LinkList中添加数据
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            list1.add(i);
        }

        list1.add(list1.head); //将头结点添加到链表当中（将尾结点指向头结点），于是，单链表就有环了。备注：此时得到的这个环的结构，是本节中图1的那种结构。

        Node current = list1.hasCycle(list1.head);

        System.out.println("环的长度为" + list1.getCycleLength(current)); 
    }

10、单链表中，取出环的起始点：

上图中环的起始点1。

但有可能也是下面的这种：（图2）

此时，上图中环的起始点是2.

方法1：

这里我们需要利用到上面第8小节的取出环的长度的方法getCycleLength，用这个方法来获取环的长度length。拿到环的长度length之后，需要用到两个指针变量first和second，先让second指针走length步；然后让first指针和second指针同时各走一步，当两个指针相遇时，相遇时的结点就是环的起始点。

注：为了找到环的起始点，我们需要先获取环的长度，而为了获取环的长度，我们需要先判断是否有环。所以这里面其实是用到了三个方法。

//方法：获取环的起始点。参数length表示环的长度
    public Node getCycleStart(Node head, int cycleLength) {

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

        Node first = head;
        Node second = head;
        //先让second指针走length步
        for (int i = 0; i < cycleLength; i++) {
            second = second.next;
        }

        //然后让first指针和second指针同时各走一步
        while (first != null && second != null) {
            first = first.next;
            second = second.next;

            if (first == second) { //如果两个指针相遇了，说明这个结点就是环的起始点
                return first;
            }
        }

        return null;
    }

完整版代码（含测试部分）

public class LinkList {
    public Node head;
    public Node current;

    public int size;

    //方法：向链表中添加数据
    public void add(int data) {
        //判断链表为空的时候
        if (head == null) {//如果头结点为空，说明这个链表还没有创建，那就把新的结点赋给头结点
            head = new Node(data);
            current = head;
        } else {
            //创建新的结点，放在当前节点的后面（把新的结点合链表进行关联）
            current.next = new Node(data);
            //把链表的当前索引向后移动一位
            current = current.next;   //此步操作完成之后，current结点指向新添加的那个结点
        }
    }


    //方法重载：向链表中添加结点
    public void add(Node node) {
        if (node == null) {
            return;
        }
        if (head == null) {
            head = node;
            current = head;
        } else {
            current.next = node;
            current = current.next;
        }
    }


    //方法：遍历链表（打印输出链表。方法的参数表示从节点node开始进行遍历
    public void print(Node node) {
        if (node == null) {
            return;
        }

        current = node;
        while (current != null) {
            System.out.println(current.data);
            current = current.next;
        }
    }


    //方法：判断单链表是否有环。返回的结点是相遇的那个结点
    public Node hasCycle(Node head) {

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

        Node first = head;
        Node second = head;

        while (second != null) {
            first = first.next;
            second = second.next.next;

            if (first == second) {  //一旦两个指针相遇，说明链表是有环的
                return first;  //将相遇的那个结点进行返回
            }
        }

        return null;
    }
    //方法：有环链表中，获取环的长度。参数node代表的是相遇的那个结点
    public int getCycleLength(Node node) {

        if (head == null) {
            return 0;
        }

        Node current = node;
        int length = 0;

        while (current != null) {
            current = current.next;
            length++;
            if (current == node) {  //当current结点走到原点的时候
                return length;
            }
        }

        return length;
    }

    //方法：获取环的起始点。参数length表示环的长度
    public Node getCycleStart(Node head, int cycleLength) {

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

        Node first = head;
        Node second = head;
        //先让second指针走length步
        for (int i = 0; i < cycleLength; i++) {
            second = second.next;
        }

        //然后让first指针和second指针同时各走一步
        while (first != null && second != null) {
            first = first.next;
            second = second.next;

            if (first == second) { //如果两个指针相遇了，说明这个结点就是环的起始点
                return first;
            }
        }

        return null;
    }

    class Node {
        //注：此处的两个成员变量权限不能为private，因为private的权限是仅对本类访问。
        int data; //数据域
        Node next;//指针域

        public Node(int data) {
            this.data = data;
        }
    }


    public static void main(String[] args) {
        LinkList list1 = new LinkList();

        Node second = null; //把第二个结点记下来

        //向LinkList中添加数据
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            list1.add(i);

            if (i == 1) {
                second = list1.current;  //把第二个结点记下来
            }
        }

        list1.add(second);   //将尾结点指向链表的第二个结点，于是单链表就有环了，备注：此时得到的环的结构，是本节中图2的那种结构
        Node current = list1.hasCycle(list1.head);  //获取相遇的那个结点

        int length = list1.getCycleLength(current); //获取环的长度

        System.out.println("环的起始点是" + list1.getCycleStart(list1.head, length).data);

    }

}

11、判断两个单链表相交的第一个交点：

判断两个链表相交的第一个结点：用到快慢指针，推荐（更优解）

我们在上面的方法2中，之所以用到栈，是因为我们想同时遍历到达两个链表的尾结点。其实为解决这个问题我们还有一个更简单的办法：首先遍历两个链表得到它们的长度。在第二次遍历的时候，在较长的链表上走 |len1-len2| 步，接着再同时在两个链表上遍历，找到的第一个相同的结点就是它们的第一个交点。

这种思路的时间复杂度也是O(len1+len2)，但是我们不再需要辅助栈，因此提高了空间效率。当面试官肯定了我们的最后一种思路的时候，就可以动手写代码了。

//方法：求两个单链表相交的第一个交点
    public Node getFirstCommonNode(Node head1, Node head2) {
        if (head1 == null || head == null) {
            return null;
        }

        int length1 = getLength(head1);
        int length2 = getLength(head2);
        int lengthDif = 0;  //两个链表长度的差值

        Node longHead;
        Node shortHead;

        //找出较长的那个链表
        if (length1 > length2) {
            longHead = head1;
            shortHead = head2;
            lengthDif = length1 - length2;
        } else {
            longHead = head2;
            shortHead = head1;
            lengthDif = length2 - length1;
        }

        //将较长的那个链表的指针向前走length个距离
        for (int i = 0; i < lengthDif; i++) {
            longHead = longHead.next;
        }

        //将两个链表的指针同时向前移动
        while (longHead != null && shortHead != null) {
            if (longHead == shortHead) { //第一个相同的结点就是相交的第一个结点
                return longHead;
            }
            longHead = longHead.next;
            shortHead = shortHead.next;
        }

        return null;
    }


    //方法：获取单链表的长度
    public int getLength(Node head) {
        if (head == null) {
            return 0;
        }

        int length = 0;
        Node current = head;
        while (current != null) {

            length++;
            current = current.next;
        }

        return length;

原文参考：https://www.cnblogs.com/smyhvae/p/4782595.html