一、前言
相信小伙伴们在前面两篇文章的详细介绍已经对单向链表、双向链表有一个很清晰的认识了。
接下来我们来介绍循环链表,你把单向链表、双向链表搞清楚了的话,循环链表自然也不难了。
循环链表可分为:单向循环链表、双向循环链表。
1、单向循环链表:
单向循环链表跟单向链表唯一的区别就在尾结点
。我们知道,单向链表的尾结点指针指向空地址,表示这就是最后的结点了。而单向循环链表的尾结点指针是指向链表的头结点。从我画的单向循环链表图中,你应该可以看出来,它像一个环一样首尾相连,所以叫作“单向循环”链表。
和单向链表相比,单向循环链表的优点是从链尾到链头比较方便。当要处理的数据具有环型结构特点时,就特别适合采用单向循环链表。比如著名的约瑟夫问题
。尽管用单向链表也可以实现,但是用单向循环链表实现的话,代码就会简洁很多。
2、双向循环链表:
双向循环链表想必也不用我多说了吧。
二、循环链表实战
假设有这么一个小游戏:
100个人围成圆圈,从1开始报数,喊到3人的时候退出,重复,直到剩下最后一个人。
看到围成圆圈,立马想到了循环链表
这个数据结构。
1、我们先来定义循环链表的接口
public interface CircularLinkedList<E> {
/**
* 向链表插入一个元素,默认在尾部
* @param item
*/
void add(E item);
/**
* 在链表的指定位置插入一个元素
* @param index
* @param item
*/
void add(int index, E item);
/**
* 向链表插入一个元素,默认在尾部
* @param item
*/
void addLast(E item);
/**
* 向链表头部插入一个元素
* @param item
*/
void addFirst(E item);
/**
* 删除链表指针的当前位置的元素
* @return
*/
E remove();
/**
* 删除链表中的item元素
* @param item
*/
void remove(E item);
/**
* 删除链表中index位置的元素
* @param index
* @return
*/
E remove(int index);
/**
* 删除链表头部元素
* @return
*/
E removeFirst();
/**
* 删除链表尾部元素
* @return
*/
E removeLast();
/**
* 移动链表当前位置指针到下一个位置
*/
void next();
/**
* 返回链表的当前位置
* @return
*/
int currentIndex();
/**
* 返回链表当前位置元素
* @return
*/
E current();
/**
* 返回链表的头部元素
* @return
*/
E first();
/**
* 返回链表的尾部元素
* @return
*/
E last();
/**
* 获取链表index位置的元素
* @param index
* @return
*/
E get(int index);
/**
* 清空链表
*/
void clear();
/**
* 返回链表的长度
* @return
*/
int size();
/**
* 当前指针是否在头部
* @return
*/
boolean isFirst();
/**
* 当前指针是否在尾部
* @return
*/
boolean isLast();
/**
* 判断链表是否为空
* @return
*/
boolean isEmpty();
}
2、循环链表的实现类
public class ConcurrentCircularLinkedList<E> implements CircularLinkedList<E> {
static class Node<E> {
E item;
Node<E> next;
Node(E item) {
this.item = item;
}
}
final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
private Node<E> first;
private Node<E> last;
private Node<E> current;
private int currentIndex;
private int count = 0;
private int capacity;
public ConcurrentCircularLinkedList() {
this(Integer.MAX_VALUE);
}
public ConcurrentCircularLinkedList(int capacity) {
this.capacity = capacity;
current = first = last = new Node<E>(null);
currentIndex = -1;
}
public ConcurrentCircularLinkedList(Collection<? extends E> c) {
this(Integer.MAX_VALUE);
for (E item : c) {
addLast(item);
}
}
private Node<E> getNode(int index) {
if(index < 0 || index > size()) {
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException();
}
Node<E> node = first;
for (int i = 0; i < index; i++) {
node = node.next;
}
return node;
}
@Override
public void add(E item) {
addLast(item);
}
@Override
public void add(int index, E item) {
lock.lock();
if (index < 0 || index > size()) {
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException();
}
if (count >= capacity) {
throw new IllegalArgumentException();
}
try {
Node<E> node = new Node<E>(item);
// 链表为null时,first,last,current都指向第一个元素
if (this.isEmpty()) {
first = node;
last = node;
current = first;
last.next = first;
currentIndex = 0;
} else {
// 头部插入的时候
if (index == 0) {
node.next = first;
first = node;
last.next = node;
} else if (index == size()) { // 尾部插入
last.next = node;
last = node;
node.next = first;
} else {
Node<E> n = this.first;
for (int i = 0; i < index; i++) {
n = n.next;
}
node.next = n.next;
n.next = node;
}
if (index <= this.currentIndex) {
this.currentIndex ++;
}
}
count++;
} finally {
lock.unlock();
}
}
@Override
public void addLast(E item) {
if (count == 0) {
add(0, item);
} else {
add(count, item);
}
}
@Override
public void addFirst(E item) {
add(0, item);
}
@Override
public E remove() {
return remove(currentIndex);
}
@Override
public void remove(E item) {
lock.lock();
try {
Node<E> n = this.first;
for (int i = 0; i < size(); i++) {
if (n.item.equals(item)) {
remove(i);
break;
}
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
@Override
public E remove(int index) {
E item = null;
lock.lock();
try {
if(index < 0 || index > size()){
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException();
}
if(count == 0){
throw new IllegalArgumentException();
}
// 链表里面只剩下一个元素了
if (first.next == first) {
current = first = last = new Node<E>(null);
currentIndex = -1;
} else {
// 删除头部
if (index == 0) {
item = first.item;
if (current == first) {
current = first.next;
}
Node<E> node = first;
first = first.next;
last.next = first;
node.next = null;
} else if (index == (size() - 1)) {// 删除尾部
item = last.item;
Node<E> pre = getNode(index - 1);
if (current == last) {
current = pre;
currentIndex--;
}
pre.next = first;
last.next = null;
last = pre;
} else {
Node<E> pre = getNode(index - 1);
Node<E> node = pre.next;
item = node.item;
if (node == current) {
current = node.next;
}
pre.next = node.next;
node.next = null;
if (index <= currentIndex) {
currentIndex--;
}
}
}
count--;
} finally {
lock.unlock();
}
return item;
}
@Override
public E removeFirst() {
return remove(0);
}
@Override
public E removeLast() {
return remove(size() - 1);
}
@Override
public void next() {
lock.lock();
try {
current = current.next;
currentIndex++;
if (current == first) {
currentIndex = 0;
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
@Override
public int currentIndex() {
return this.currentIndex;
}
@Override
public E current() {
return get(currentIndex);
}
@Override
public E first() {
return first.item;
}
@Override
public E last() {
return last.item;
}
@Override
public E get(int index) {
return null;
}
@Override
public void clear() {
}
@Override
public int size() {
return count;
}
@Override
public boolean isFirst() {
return this.currentIndex == 0;
}
@Override
public boolean isLast() {
return this.currentIndex == (size() - 1);
}
@Override
public boolean isEmpty() {
return count == 0;
}
public String toString() {
if (isEmpty()) {
return "[]";
}
StringBuffer buffer = new StringBuffer();
buffer.append("[");
Node<E> node = first;
while (true) {
buffer.append(node.item);
node = node.next;
if (node.next == first) {
if (node != first) {
buffer.append(node.item);
buffer.append(",");
}
buffer.append("");
break;
}
}
buffer.append("]");
return buffer.toString();
}
}
3、测试类
public class CircularLinkedListTest {
@Test
public void test() {
CircularLinkedList<String> list = new ConcurrentCircularLinkedList<String>();
for (int i = 1; i < 101; i++) {
list.add("" + i);
}
int count = 1;
while (list.size() > 1) {
list.next();
count++;
if (count % 3 == 0) {
System.out.println(list.remove() + " break!");
count++;
}
}
System.out.println(list.toString());
}
}
4、运行结果
3 break!
5 break!
7 break!
9 break!
11 break!
13 break!
15 break!
17 break!
19 break!
21 break!
23 break!
25 break!
27 break!
29 break!
31 break!
33 break!
35 break!
37 break!
39 break!
41 break!
43 break!
45 break!
47 break!
49 break!
51 break!
53 break!
55 break!
57 break!
59 break!
61 break!
63 break!
65 break!
67 break!
69 break!
71 break!
73 break!
75 break!
77 break!
79 break!
81 break!
83 break!
85 break!
87 break!
89 break!
91 break!
93 break!
95 break!
97 break!
99 break!
2 break!
6 break!
10 break!
14 break!
18 break!
22 break!
26 break!
30 break!
34 break!
38 break!
42 break!
46 break!
50 break!
54 break!
58 break!
62 break!
66 break!
70 break!
74 break!
78 break!
82 break!
86 break!
90 break!
94 break!
98 break!
4 break!
12 break!
20 break!
28 break!
36 break!
44 break!
52 break!
60 break!
68 break!
76 break!
84 break!
92 break!
1 break!
24 break!
40 break!
56 break!
72 break!
88 break!
8 break!
48 break!
80 break!
16 break!
96 break!
64 break!
100 break!
[32]
三、注意事项
1、警惕指针丢失和内存泄漏
2、利用哨兵简化实现难度
3、重点留意边界条件处理
软件开发中,代码在一些边界或者异常情况下,最容易产生 Bug。链表代码也不例外。要实现没有 Bug 的链表代码,一定要在编写的过程中以及编写完成之后,检查边界条件是否考虑全面,以及代码在边界条件下是否能正确运行。
我经常用来检查链表代码是否正确的边界条件有这样几个:
- 如果链表为空时,代码是否能正常工作?
- 如果链表只包含一个结点时,代码是否能正常工作?
- 如果链表只包含两个结点时,代码是否能正常工作?
- 代码逻辑在处理头结点和尾结点的时候,是否能正常工作?
当你写完链表代码之后,除了看下你写的代码在正常的情况下能否工作,还要看下在上面我列举的几个边界条件下,代码仍然能否正确工作。如果这些边界条件下都没有问题,那基本上可以认为没有问题了。
四、多写多练
精选了 5 个常见的链表操作,你只要把这几个操作写的很熟练,那么我相信你不会再怕写链表的代码了。
- 单链表反转
- 链表中环的检测
- 两个有序的链表合并
- 删除链表倒数第 n 个结点
- 求链表的中间结点
1、单链表反转
// 方法1:双指针迭代
public static ListNode reverseList(ListNode head) {
ListNode temp = null;
ListNode cur = head;
ListNode pre = null;
while (cur != null) {
temp = cur.next;
cur.next = pre;
pre = cur;
cur = temp;
}
return pre;
}
// 方法2:递归解法
public static ListNode reverseList2(ListNode head) {
// 递归终止条件是当前为空,或者下一个节点为空
if (head == null || head.next == null) return head;
// 这里的cur就是最后一个节点
ListNode cur = reverseList2(head.next);
// 如果链表是 1->2->3->4->5,那么此时的cur就是5
// 而head是4,head的下一个是5,下下一个是空
// 所以head.next.next 就是5->4
head.next.next = head;
// 防止链表循环,需要将head.next设置为空
head.next = null;
// 每层递归函数都返回cur,也就是最后一个节点
return cur;
}
2、链表中环的检测
// 快慢指针法
public boolean hasCycle(ListNode head) {
if (head == null || head.next == null) return false;
ListNode low = head;
ListNode fast = head.next;
while (low != fast) {
if (fast == null || fast.next == null) return false;
low = low.next;
fast = fast.next.next;
}
return true;
}
3、两个有序的链表合并
// 方法1: 递归
public ListNode mergeTwoLists(ListNode l1, ListNode l2) {
if (l1 == null) {
return l2;
} else if (l2 == null) {
return l1;
} else if (l1.data < l2.data) {
l1.next = mergeTwoLists(l1.next, l2);
return l1;
} else {
l2.next = mergeTwoLists(l1, l2.next);
return l2;
}
}
// 方法2: 迭代
public ListNode mergeTwoLists2(ListNode l1, ListNode l2) {
ListNode head = new ListNode(-1);
ListNode prev = head;
while (l1 != null && l2 != null) {
if (l1.data <= l2.data) {
prev.next = l1;
l1 = l1.next;
} else {
prev.next = l2;
l2 = l2.next;
}
prev = prev.next;
}
prev.next = l1 == null ? l2 : l1;
return head.next;
}
4、删除链表倒数第 n 个结点
// 自己的想法
public static ListNode removeNthFromEnd(ListNode head, int n) {
int len = 0;
ListNode cur = head;
while (cur != null) {
len++;
cur = cur.next;
}
if (n < 1 || n > len) {
System.out.println("Postition of node to delete is invalid.The valid inputs are 1 to "
+ len);
return head;
}
if (len == n) {
ListNode temp = head.next;
head = null;
return temp;
} else {
len = len - n;
ListNode prev = head;
int count = 1;
while (count < len) {
prev = prev.next;
count++;
}
ListNode removeNode = prev.next;
prev.next = removeNode.next;
removeNode = null;
}
return head;
}
// 双指针
public static ListNode removeNthFromEnd2(ListNode head, int n) {
ListNode dummy = new ListNode(0);
dummy.next = head;
ListNode first = dummy;
ListNode second = dummy;
for (int i = 1; i <= n + 1 ; i++) {
first = first.next;
}
while (first != null) {
first = first.next;
second = second.next;
}
second.next = second.next.next;
return dummy.next;
}
5、求链表的中间结点
// 自己的想法
public static ListNode middleNode(ListNode head) {
int len = 0;
ListNode cur = head;
while (cur != null) {
cur = cur.next;
len++;
}
int mid = len / 2;
int count = 1;
ListNode temp = head;
while (count <= mid) {
temp = temp.next;
count++;
}
return temp;
}
// 快慢指针法
public ListNode middleNode2(ListNode head) {
ListNode slow = head, fast = head;
while (fast != null && fast.next != null) {
slow = slow.next;
fast = fast.next.next;
}
return slow;
}
好了,相信这几篇链表的文章对你有帮助,有不清楚的话可以和我说,有不对的地方也欢迎指出。链表的介绍就先告一段落了。
来源:CSDN
作者:riemann_
链接:https://blog.csdn.net/riemann_/article/details/104559042