自己实现集合框架(七):带头结点单链表的实现

一. 什么叫带头结点的单链表?

带头结点的单链表和普通的单链表差不多,只是在普通单链表的第一个结点之前增加一个特殊的结点,这个结点就叫做头结点。在带头结点的单链表中,head指向头结点。虽然头结点不是用来存储数据的,但是会占用一个存储单元,相当于牺牲一个结点的存储空间来简化单链表的操作。因为增加的头结点使得所有链表(包括空表)的头结点非空,并使得对单链表的插入,删除操作不需要区分该单链表是否为空表或是在第一个位置进行,从而能与在其他位置的插入,删除操作保持一致,如下图所示：
(a) 空链表


(b) 头插入,不改变head,不用区分插入位置
(c) 头删除,不改变head,不用区分删除位置

二. 带头结点单链表的实现

1.定义带头结点的单链表类

带头结点的单链表类HeadSinglyLinkedList声明如下,实现方式和普通单链表SinglyLinkedList差别不大,也使用单链表节点类Node。

代码解释：

1. 单链表HeadSinglyLinkedList类实现接口LList,所以必须实现该接口的相关方法,和普通单链表的方法类似的方法下面不再列举,请查看前面的单链表的实现的文章,下面会对二者不一样的方法做些说明。
2. 在构造函数里面指定了头结点和尾结点,头结点的数据为空,初始化的时候,头结点和尾结点都指向头结点。

3. 判断带头结点单链表是否为空

代码解释:

由于增加了头结点,所以判断带头结点单链表是否为空的条件是根据头结点的下一个结点是否为空作为依据。

4. 求带头结点单链表的长度

代码解释：

由于增加了表示单链表长度的成员变量n,所以获取单链表长度直接返回n即可,操作的时间复杂度为O(1)。

5. 带头结点单链表的插入

代码解释:

1. 带头结点的单链表在进行插入操作的时候不需要区分插入位置。
2. 插入操作会维护单链表的长度n,插入一个元素之后n加1。

6. 带头结点单链表的删除

代码解释

1. 带头结点的单链表在进行删除操作的时候不需要区分删除位置。

2. 删除操作会维护单链表的长度n,删除一个元素之后n减1。

   
   

7. 清空带头结点的单链表

8. 重写toString()方法

三.测试

测试代码如下所示：

运行结果如下图所示：

四.带头结点的单链表操作效率分析

由于增加成员变量n来维护单链表的长度,所以length()操作的时间复杂度为O(1)。由于增加了尾结点rear指向单链表的最后一个结点,所以在尾结点进行插入操作的时间复杂度是O(1)。别的操作的时间复杂度和普通单链表一样,请参见之前文章单链表的实现的分析。

五.源代码示例