Java数据结构之线性表

从这里开始将要进行Java数据结构的相关讲解，Are you ready？Let's go~~

java中的数据结构模型可以分为一下几部分:

1.线性结构

2.树形结构

3.图形或者网状结构

接下来的几章，我们将会分别讲解这几种数据结构，主要也是通过Java代码的方式来讲解相应的数据结构。

今天要讲解的是:Java线性结构

Java数据结构之线性结构

说到线性结构的话，我们可以根据其实现方式分为三类:

1）顺序结构的线性表

2）链式结构的线性表

3）栈和队列的线性表

1、顺序结构的线性表

    所谓顺序存储，指的是两个元素在物理上的存储地址和逻辑上的存储地址是一致的,逻辑上相邻的两个元素，它们在物理中存储的地址

也是相邻的。对于jdk中典型的应用就是List接口的实现类ArrayList和Vector（它们两个的区别在于是否是线程同步的）。

如果感兴趣可以查看它们的源代码，下面我们以数组为例，来模仿一下它们...

package com.yonyou.test;

import java.util.Arrays;

/**
 * 测试类
 * @author 小浩
 * @创建日期 2015-3-20
 */
public class Test
 {
	public static void main(String[] args) {
	SequenceList<String> list=new SequenceList<String>();
	System.out.println("线性表的初始化长度为:"+list.length());
	list.add("Hello");
	list.add("World");
	list.add("天下太平");
	System.out.println("当前list中的元素为:"+list);
	list.remove();
	System.out.println("当前list中的元素为:"+list);
	System.out.println("当前元素线性表是否为空:"+list.empty());

	}
 }

/**
 * 创建一个线性链表
 * 注意这个类是线程不安全的，在多线程下不要使用
 * @author 小浩
 * @创建日期 2015-3-20
 * @param <T>
 */
class SequenceList<T>
{
	//数组的默认初始化长度
	private int DEFAULT_SIZE = 10;
	// 保存数组的长度。
	private int capacity;
	// 定义一个数组用于保存顺序线性表的元素
	private Object[] elementData;
	// 保存顺序表中元素的当前个数
	private int size = 0;

	// 以默认数组长度创建空顺序线性表
	public SequenceList()
	{
		capacity = DEFAULT_SIZE;
		elementData = new Object[capacity];
	}
	// 以一个初始化元素来创建顺序线性表
	public SequenceList(T element)
	{
		this();
		elementData[0] = element;
		size++;
	}
	/**
	 * 以指定长度的数组来创建顺序线性表
	 * @param element 指定顺序线性表中第一个元素
	 * @param initSize 指定顺序线性表底层数组的长度
	 */
	public SequenceList(T element , int initSize)
	{
		capacity = 1;
		// 把capacity设为大于initSize的最小的2的n次方
		while (capacity < initSize)
		{
			capacity <<= 1;
		}
		elementData = new Object[capacity];
		elementData[0] = element;
		size++;
	}

	/**
	 * 获取顺序线性表的大小
	 * @return
	 */
	public int length()
	{
		return size;
	}

	/**
	 *  获取顺序线性表中索引为i处的元素
	 * @param i
	 * @return
	 */
	@SuppressWarnings("unchecked")
	public T get(int i)
	{
		if (i < 0 || i > size - 1)
		{
			throw new IndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
		}

		return (T)elementData[i];
	}

	/**
	 *  查找顺序线性表中指定元素的索引
	 * @param element
	 * @return
	 */
	public int locate(T element)
	{
		for (int i = 0 ; i < size ; i++)
		{
			if (elementData[i].equals(element))
			{
				return i;
			}
		}
		return -1;
	}

	/**
	 *  向顺序线性表的指定位置插入一个元素。
	 * @param element
	 * @param index
	 */
	private void insert(T element , int index)
	{
		if (index < 0 || index > size)
		{
			throw new IndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
		}
		ensureCapacity(size + 1);
		// 将index处以后所有元素向后移动一格。
		System.arraycopy(elementData , index , elementData
			 , index + 1 , size - index);
		elementData[index] = element;
		size++;
	}

	/**
	 * 在线性顺序表的开始处添加一个元素。
	 * @param element
	 */
	public void add(T element)
	{
		insert(element , size);
	}

	/**
	 * 扩充底层数组长度，很麻烦，而且性能很差
	 * @param minCapacity
	 */
	private void ensureCapacity(int minCapacity)
	{
		// 如果数组的原有长度小于目前所需的长度
		if (minCapacity > capacity)
		{
			// 不断地将capacity * 2，直到capacity大于minCapacity为止
			while (capacity < minCapacity)
			{
				capacity <<= 1;
			}
			elementData = Arrays.copyOf(elementData , capacity);
		}
	}

	/**
	 * 删除顺序线性表中指定索引处的元素
	 * @param index
	 * @return
	 */
	@SuppressWarnings("unchecked")
	private T delete(int index)
	{
		if (index < 0 || index > size - 1)
		{
			throw new IndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
		}
		T oldValue = (T)elementData[index];
		int numMoved = size - index - 1;
		if (numMoved > 0)
		{
			System.arraycopy(elementData , index+1
				, elementData, index , 	numMoved);
		}
		// 清空最后一个元素
		elementData[--size] = null;
		return oldValue;
	}

	/**
	 * 删除顺序线性表中最后一个元素
	 * @return
	 */
	public T remove()
	{
		return delete(size - 1);
	}

	/**
	 * 判断顺序线性表是否为空表
	 * @return
	 */
	public boolean empty()
	{
		return size == 0;
	}

	/**
	 * 清空线性表
	 */
	public void clear()
	{
		// 将底层数组所有元素赋为null
		Arrays.fill(elementData , null);
		size = 0;
	}
	/**
	 * 重写toString
	 */
	public String toString()
	{
		if (size == 0)
		{
			return "[]";
		}
		else
		{
			StringBuilder sb = new StringBuilder("[");
			for (int i = 0 ; i < size ; i++ )
			{
				sb.append(elementData[i].toString() + ", ");
			}
			int len = sb.length();
			return sb.delete(len - 2 , len).append("]").toString();
		}
	}
}

具体的讲解这里就不说了，还是那句话，如果感兴趣可以查看相关源代码。

2、链式结构的线性表

     链式存储结构的线性表是相对于顺序结构的线性表而言的。对于链式存储的线性表，其中各个元素的物理地址和逻辑地址是不确定的。

也就是说逻辑上相邻的两个元素，他们在物理上不一定是相邻的。

在Java的jdk中典型的应用就是List接口下面的LinkedList（线程不安全，多线程下不要使用），如果感兴趣的可以查看相关源代码。

这里仅仅简单的模仿一下。

首先模仿的是单链表:

package com.yonyou.test;

/**
 * 测试类
 * @author 小浩
 * @创建日期 2015-3-20
 */
public class Test
 {
	public static void main(String[] args) {
	LinkList<String> list=new LinkList<String>();
	System.out.println("线性表的初始化长度为:"+list.length());
	list.add("Hello");
	list.add("World");
	list.add("天下太平");
	System.out.println("当前list中的元素为:"+list);
	list.remove();
	System.out.println("当前list中的元素为:"+list);
	System.out.println("当前元素线性表是否为空:"+list.empty());

	}
 }

/**
 * 创建一个链式线性表
 * 注意这个类是线程不安全的，在多线程下不要使用
 * @author 小浩
 * @创建日期 2015-3-20
 * @param <T>
 */
class LinkList<T>
{
	/**定义一个内部类Node，Node实例代表链表的节点。
	 *
	 * @author 小浩
	 * @创建日期 2015-3-20
	 */
	private class Node
	{
		// 保存节点的数据
		private T data;
		// 指向下个节点的引用
		private Node next;
		// 无参数的构造器
		@SuppressWarnings("unused")
		public Node()
		{
		}
		// 初始化全部属性的构造器
		public Node(T data , Node next)
		{
			this.data = data;
			this.next = next;
		}
	}
	// 保存该链表的头节点
	private Node header;
	// 保存该链表的尾节点
	private Node tail;
	//保存该链表中已包含的节点数
	private int size;
	/**
	 * 创建空链表
	 */
	public LinkList()
	{
		// 空链表，header和tail都是null
		header = null;
		tail = null;
	}
	/**
	 *  以指定数据元素来创建链表，该链表只有一个元素
	 * @param element
	 */
	public LinkList(T element)
	{
		header = new Node(element , null);
		// 只有一个节点，header、tail都指向该节点
		tail = header;
		size++;
	}

	/**
	 * 返回链表的长度
	 * @return
	 */
	public int length()
	{
		return size;
	}

	/**
	 * 获取链式线性表中索引为index处的元素
	 * @param index
	 * @return
	 */
	public T get(int index)
	{
		return getNodeByIndex(index).data;
	}
	// 根据索引index获取指定位置的节点
	private Node getNodeByIndex(int index)
	{
		if (index < 0 || index > size - 1)
		{
			throw new IndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
		}
		// 从header节点开始
		Node current = header;
		for (int i = 0 ; i < size && current != null
			; i++ , current = current.next)
		{
			if (i == index)
			{
				return current;
			}
		}
		return null;
	}

	/**
	 * 查找链式线性表中指定元素的索引
	 * @param element
	 * @return
	 */
	public int locate(T element)
	{
		// 从头节点开始搜索
		Node current = header;
		for (int i = 0 ; i < size && current != null
			; i++ , current = current.next)
		{
			if (current.data.equals(element))
			{
				return i;
			}
		}
		return -1;
	}

    /** 向线性链式表的指定位置插入一个元素。
     *
     * @param element
     * @param index
     */
	public void insert(T element , int index)
	{
		if (index < 0 || index > size)
		{
			throw new IndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
		}
		// 如果还是空链表
		if (header == null)
		{
			add(element);
		}
		else
		{
			// 当index为0时，也就是在链表头处插入
			if (index == 0)
			{
				addAtHeader(element);
			}
			else
			{
				// 获取插入点的前一个节点
				Node prev = getNodeByIndex(index - 1);
				// 让prev的next指向新节点，
				// 让新节点的next引用指向原来prev的下一个节点。
				prev.next = new Node(element , prev.next);
				size++;
			}
		}
	}

	/**
	 * 采用尾插法为链表添加新节点。
	 * @param element
	 */
	public void add(T element)
	{
		// 如果该链表还是空链表
		if (header == null)
		{
			header = new Node(element , null);
			// 只有一个节点，header、tail都指向该节点
			tail = header;
		}
		else
		{
			// 创建新节点
			Node newNode = new Node(element , null);
			// 让尾节点的next指向新增的节点
			tail.next = newNode;
			// 以新节点作为新的尾节点
			tail = newNode;
		}
		size++;
	}

	/**采用头插法为链表添加新节点。
	 *
	 * @param element
	 */
	private void addAtHeader(T element)
	{
		// 创建新节点，让新节点的next指向原来的header
		// 并以新节点作为新的header
		header = new Node(element , header);
		// 如果插入之前是空链表
		if (tail == null)
		{
			tail = header;
		}
		size++;
	}

	/**
	 *  删除链式线性表中指定索引处的元素
	 * @param index
	 * @return
	 */
	public T delete(int index)
	{
		if (index < 0 || index > size - 1)
		{
			throw new IndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
		}
		Node del = null;
		// 如果被删除的是header节点
		if (index == 0)
		{
			del = header;
			header = header.next;
		}
		else
		{
			// 获取删除点的前一个节点
			Node prev = getNodeByIndex(index - 1);
			// 获取将要被删除的节点
			del = prev.next;
			// 让被删除节点的next指向被删除节点的下一个节点。
			prev.next = del.next;
			// 将被删除节点的next引用赋为null.
			del.next = null;
		}
		size--;
		return del.data;
	}

	/**
	 * 删除链式线性表中最后一个元素
	 * @return
	 */
	public T remove()
	{
		return delete(size - 1);
	}

	/**
	 * 判断链式线性表是否为空表
	 * @return
	 */
	public boolean empty()
	{
		return size == 0;
	}

	/**
	 * 清空线性表
	 */
	public void clear()
	{
		// header、tail赋为null
		header = null;
		tail = null;
		size = 0;
	}
	/**
	 * 重写toString方法
	 */
	public String toString()
	{
		// 链表为空链表时
		if (empty())
		{
			return "[]";
		}
		else
		{
			StringBuilder sb = new StringBuilder("[");
			for (Node current = header ; current != null
				; current = current.next )
			{
				sb.append(current.data.toString() + ", ");
			}
			int len = sb.length();
			return sb.delete(len - 2 , len).append("]").toString();
		}
	}
}

　　其次模仿的是循环链表（即将链表的尾节点的next指向头节点）

      具体代码就不写了，感兴趣的可以自己写写看，也不难...主要就是注意设置和维护下面这条语句

tail.next=header;

     

      最后要讲解的双向链表的内容（相对于单链表而言,每个节点不仅有一个next，而且有一个指向前一个元素的pre）

      具体的内容请参考下面的代码:

package com.yonyou.test;

/**
 * 测试类
 * @author 小浩
 * @创建日期 2015-3-20
 */
public class Test
 {
	public static void main(String[] args) {
	DoubleLinkList<String> list=new DoubleLinkList<String>();
	System.out.println("线性表的初始化长度为:"+list.length());
	list.add("Hello");
	list.add("World");
	list.add("天下太平");
	System.out.println("当前list中的元素为:"+list);
	list.remove();
	System.out.println("当前list中的元素为:"+list);
	System.out.println("当前元素线性表是否为空:"+list.empty());

	}
 }

/**
 * 创建一个双向链式线性表
 * 注意这个类是线程不安全的，在多线程下不要使用
 * @author 小浩
 * @创建日期 2015-3-20
 * @param <T>
 */
class DoubleLinkList<T>
{
	// 定义一个内部类Node，Node实例代表链表的节点。
	private class Node
	{
		// 保存节点的数据
		private T data;
		// 指向上个节点的引用
		private Node prev;
		// 指向下个节点的引用
		private Node next;
		// 无参数的构造器
		public Node()
		{
		}
		// 初始化全部属性的构造器
		public Node(T data , Node prev , Node next)
		{
			this.data = data;
			this.prev = prev;
			this.next = next;
		}
	}
	// 保存该链表的头节点
	private Node header;
	// 保存该链表的尾节点
	private Node tail;
	// 保存该链表中已包含的节点数
	private int size;

	/**
	 * 创建空链表
	 */
	public DoubleLinkList()
	{
		// 空链表，header和tail都是null
		header = null;
		tail = null;
	}

	/**
	 *  以指定数据元素来创建链表，该链表只有一个元素
	 * @param element
	 */
	public DoubleLinkList(T element)
	{
		header = new Node(element , null , null);
		// 只有一个节点，header、tail都指向该节点
		tail = header;
		size++;
	}

	/**
	 * 返回链表的长度
	 * @return
	 */
	public int length()
	{
		return size;
	}

	/**
	 * 获取链式线性表中索引为index处的元素
	 * @param index
	 * @return
	 */
	public T get(int index)
	{
		return getNodeByIndex(index).data;
	}

	/**根据索引index获取指定位置的节点
	 *
	 * @param index
	 * @return
	 */
	private Node getNodeByIndex(int index)
	{
		if (index < 0 || index > size - 1)
		{
			throw new IndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
		}
		if (index <= size / 2)
		{
			// 从header节点开始
			Node current = header;
			for (int i = 0 ; i <= size / 2 && current != null
				; i++ , current = current.next)
			{
				if (i == index)
				{
					return current;
				}
			}
		}
		else
		{
			// 从tail节点开始搜索
			Node current = tail;
			for (int i = size - 1 ; i > size / 2 && current != null
				; i++ , current = current.prev)
			{
				if (i == index)
				{
					return current;
				}
			}
		}
		return null;
	}

	/**
	 * 查找链式线性表中指定元素的索引
	 * @param element
	 * @return
	 */
	public int locate(T element)
	{
		// 从头节点开始搜索
		Node current = header;
		for (int i = 0 ; i < size && current != null
			; i++ , current = current.next)
		{
			if (current.data.equals(element))
			{
				return i;
			}
		}
		return -1;
	}

	/**
	 * 向线性链式表的指定位置插入一个元素。
	 * @param element
	 * @param index
	 */
	public void insert(T element , int index)
	{
		if (index < 0 || index > size)
		{
			throw new IndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
		}
		// 如果还是空链表
		if (header == null)
		{
			add(element);
		}
		else
		{
			// 当index为0时，也就是在链表头处插入
			if (index == 0)
			{
				addAtHeader(element);
			}
			else
			{
				// 获取插入点的前一个节点
				Node prev = getNodeByIndex(index - 1);
				// 获取插入点的节点
				Node next = prev.next;
				// 让新节点的next引用指向next节点，prev引用指向prev节点
				Node newNode = new Node(element , prev , next);
				// 让prev的next指向新节点。
				prev.next = newNode;
				// 让prev的下一个节点的prev指向新节点
				next.prev = newNode;
				size++;
			}
		}
	}

	/**
	 * 采用尾插法为链表添加新节点。
	 * @param element
	 */
	public void add(T element)
	{
		// 如果该链表还是空链表
		if (header == null)
		{
			header = new Node(element , null , null);
			// 只有一个节点，header、tail都指向该节点
			tail = header;
		}
		else
		{
			// 创建新节点,新节点的pre引用指向原tail节点
			Node newNode = new Node(element , tail , null);
			// 让尾节点的next指向新增的节点
			tail.next = newNode;
			// 以新节点作为新的尾节点
			tail = newNode;
		}
		size++;
	}

	/**
	 * 采用头插法为链表添加新节点。
	 * @param element
	 */
	public void addAtHeader(T element)
	{
		// 创建新节点，让新节点的next指向原来的header
		// 并以新节点作为新的header
		header = new Node(element , null , header);
		// 如果插入之前是空链表
		if (tail == null)
		{
			tail = header;
		}
		size++;
	}

	/**
	 * 删除链式线性表中指定索引处的元素
	 * @param index
	 * @return
	 */
	public T delete(int index)
	{
		if (index < 0 || index > size - 1)
		{
			throw new IndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
		}
		Node del = null;
		// 如果被删除的是header节点
		if (index == 0)
		{
			del = header;
			header = header.next;
			// 释放新的header节点的prev引用
			header.prev = null;
		}
		else
		{
			// 获取删除点的前一个节点
			Node prev = getNodeByIndex(index - 1);
			// 获取将要被删除的节点
			del = prev.next;
			// 让被删除节点的next指向被删除节点的下一个节点。
			prev.next = del.next;
			// 让被删除节点的下一个节点的prev指向prev节点。
			if (del.next != null)
			{
				del.next.prev = prev;
			}
			// 将被删除节点的prev、next引用赋为null.
			del.prev = null;
			del.next = null;
		}
		size--;
		return del.data;
	}

	/**
	 * 删除链式线性表中最后一个元素
	 * @return
	 */
	public T remove()
	{
		return delete(size - 1);
	}

	/**
	 * 判断链式线性表是否为空链表
	 * @return
	 */
	public boolean empty()
	{
		return size == 0;
	}

	/**
	 * 清空线性表
	 */
	public void clear()
	{
		// 将底层数组所有元素赋为null
		header = null;
		tail = null;
		size = 0;
	}
	/**
	 * 重写toString方法
	 */
	public String toString()
	{
		// 链表为空链表时
		if (empty())
		{
			return "[]";
		}
		else
		{
			StringBuilder sb = new StringBuilder("[");
			for (Node current = header ; current != null
				; current = current.next )
			{
				sb.append(current.data.toString() + ", ");
			}
			int len = sb.length();
			return sb.delete(len - 2 , len).append("]").toString();
		}
	}
	public String reverseToString()
	{
		// 链表为空链表时
		if (empty())
		{
			return "[]";
		}
		else
		{
			StringBuilder sb = new StringBuilder("[");
			for (Node current = tail ; current != null
				; current = current.prev )
			{
				sb.append(current.data.toString() + ", ");
			}
			int len = sb.length();
			return sb.delete(len - 2 , len).append("]").toString();
		}
	}
}

　　

由于篇幅的限制，对于线性结构中的栈和队列的讲解，请看下一篇博客~~~

http://www.cnblogs.com/xiohao/p/4354276.html