详解go语言单链表及其常用方法的实现
时间：2021-06-16 08:21:51|栏目：Golang|点击： 次
目的
在刷算法题中经常遇到关于链表的操作，在使用go语言去操作链表时不熟悉其实现原理，目的是为了重温链表这一基础且关键的数据结构。
1、链表的特点和初始化
1.1、链表的特点
用一组任意的存储单元存储线性表的数据元素(这组存储单元可以是连续的，也可以是不连续的)
1.2、结点
结点(node)
- 数据域 => 存储元素信息
- 指针域 => 存储结点的直接后继，也称作指针或链
首元结点 是指链表中存储的第一个数据元素的结点
头结点 是在首元结点之前附设的一个结点，其指针域指向首元结点(非必须)
头指针 是指向链表中第一个结点的指针
1.3、单链表
特点
- 每个结点中只包含一个指针域
- 单链表是非随机存取的存储结构，要取得第i个数据元素必须从头指针出发，顺链进行寻找，也称为顺序存取的存取结构
1.4、单链表的常用操作
本文主要实现了单链表的以下操作
- 判断是否为空
- 获取链表长度
- 在头部插入元素
- 在尾部插入元素
- 删除指定位置元素
- 删除指定值的元素
- 查找是否包含指定值
- 查找指定位置元素的值
- 遍历链表所有结点
1.5、单链表的初始化
//定义单链表结构体
type Node struct {
data interface{} //数据域
next *Node //指针域
}
type List struct {
length int //储存链表的长度
headNode *Node
}
/*单链表的初始化
1、生成新结点作为头结点，用头指针指向头结点
2、头结点的指针域置空
*/
func InitList() *List {
//即构造一个空的单链表L(包含头指针)
node := new(Node)
L := new(List)
L.headNode = node
return L
}
2、单链表的插入
先讲单链表的插入有利于后续相关操作的实现
2.1、在指定位置插入元素
/*单链表的插入=>将值为e的新结点插入到表的第i个结点的位置上，即插入到结点a(i-1)与a(i)之间
1、查找结点a(i-1)并由指针p指向该结点
2、生成一个新结点*s
3、将新结点*s的数据域置为e
4、将新结点*s的指针域指向结点a(i)
5、将结点*p的指针域指向新结点*s
*/
func (list *List) InsertElem(index int, v interface{}) {
if index <= 0 || index > list.length {
fmt.Println("err")
} else {
pre := list.headNode
node := &Node{data: v}
if index == 1 {
node.next = pre
list.headNode = node
} else {
for count := 1; count < index-1; count++ {
pre = pre.next
}
node.next = pre.next
pre.next = node
}
list.length--
}
}
2.2、在头部插入元素
func (list *List) AddElem(v interface{}) {
node := &Node{data: v}
if list.IsNull() { //处理空表的插入，否则会导致一个空的头结点后移
list.headNode = node
list.length++
return
}
node.next = list.headNode
list.headNode = node
list.length++
return
}
2.3、在尾部插入元素
func (list *List) AppendElem(v interface{}) {
node := &Node{data: v}
if list.IsNull() {
list.headNode.next = node
} else {
cur := list.headNode
for cur.next != nil {
cur = cur.next
}
cur.next = node
}
list.length++
return
}
3、单链表的删除
3.1、删除指定值的元素
/*单链表的删除
1、查找结点a(i-1)并由指针p指向该结点
2、临时保存待删除结点a(i)的地址在q中，以备释放
3、将结点*p的指针域指向a(i)的直接后继结点
4、释放结点a(i)的空间
*/
func (list *List) DeleteElem(index int) {
if index <= 0 || index > list.length {
fmt.Println("删除位置不合理")
return
} else {
pre := list.headNode
if index == 1 {
list.headNode = pre.next
} else {
pre := list.headNode
for count := 1; count < index-1; count++ {
pre = pre.next
}
pre.next = pre.next.next
}
list.length--
}
}
3.2、删除指定位置的元素
func (list *List) RemoveElem(v interface{}) {
pre := list.headNode
if pre.data == v {
list.headNode = pre.next
fmt.Println("ok")
} else {
for pre.next != nil {
if pre.next.data == v {
pre.next = pre.next.next
fmt.Println("ok")
return
} else {
pre = pre.next
}
}
fmt.Println("fail")
return
}
}
4、单链表的查询
4.1、查找是否包含指定值
/*单链表的按值查找
1、用指针p指向首元结点
2、从首元结点开始以此顺着链域next向下查找，只要指向当前结点的指针p不为空，
并且p所指结点的数据域不等于给定值e，则执行以下操作：p指向下一个结点
3、返回p。若查找成功，p此时即为结点的地址值，若查找失败，p的值即为NULL。
*/
func (list *List) LocateElem(v interface{}) bool {
if IsNull() {
fmt.Println("err")
} else {
pre := list.headNode
for pre != nil {
if pre.data == v {
return true
}
pre = pre.next
}
return false
}
}
4.2、查找指定位置的值
/*单链表的取值
1、用指针P指向首元结点，用j做计数器初值赋为1
2、从首元结点开始依次顺着链域(指针域)next向下访问，
只要指向当前结点的指针P不为空，并且没有达到序号为i的结点，则循环执行以下操作：
2.1、P指向下一个结点
2.2、计数器j相应加1
3、退出循环时，如果指针P为空，或者计数器j大于i，说明指定的序号i值不合法(i大于表长n或i小于等于0)，
取值失败返回ERROR；否则取值成功，
此时j==i时，P所指的结点就是要找的第i个结点，用参数e保存当前结点的数据域，返回OK
*/
func (list *List) GetElem(index int) int {
if index <= 0 || index > list.length {
fmt.Println("err")
return
} else {
pre := list.headNode
for j := 0; j < index; j++ {
if pre != nil {
pre = pre.next
}
}
return pre.data
}
}
4.3、遍历单链表
func (list *List) ShowList() {
if !list.IsNull() {
cur := list.headNode
for {
fmt.Printf("\t%v", cur.data)
if cur.next != nil {
cur = cur.next
} else {
break
}
}
}
}
5、完整代码及结果展示
package main
import "fmt"
//定义单链表结构体
type Node struct {
data interface{} //数据域
next *Node //指针域
}
type List struct {
length int //储存链表的长度
headNode *Node
}
/*
type Method interface {
IsNull() bool //1、判断是否为空
GetLength() int //2、获取链表长度
InsertElem(i int, v interface{}) //3、在指定位置添加元素
AddElem(v interface{}) //4、在头部插入元素
AppendElem(v interface{}) //5、在尾部插入元素
DeleteElem(i int) //6、删除指定位置元素
RemoveElem(v interface{}) //7、删除指定值的元素
ContaineElem(v interface{}) bool //8、是否包含指定值的元素
LocateElem(i int) interface{} //9、查找指定位置元素的值
ShowList() //10、遍历链表所有结点
}
*/
/*单链表的初始化
1、生成新结点作为头结点，用头指针指向头结点
2、头结点的指针域置空
*/
func InitList() *List {
//即构造一个空的单链表L(包含头指针)
node := new(Node)
L := new(List)
L.headNode = node
return L
}
/*单链表的取值
1、用指针P指向首元结点，用j做计数器初值赋为1
2、从首元结点开始依次顺着链域(指针域)next向下访问，只要指向当前结点的指针P不为空，
并且没有达到序号为i的结点，则循环执行以下操作：
2.1、P指向下一个结点
2.2、计数器j相应加1
3、退出循环时，如果指针P为空，或者计数器j大于i，说明指定的序号i值
不合法(i大于表长n或i小于等于0)，取值失败返回ERROR；否则取值成功，
此时j==i时，P所指的结点就是要找的第i个结点，用参数e保存当前结点的数据域，返回OK
*/
func (list *List) GetElem(index int) int {
if index <= 0 || index > list.length {
return 0
} else {
pre := list.headNode
for j := 0; j < index-1; j++ {
if pre != nil {
pre = pre.next
}
}
return pre.data.(int)
}
}
/*单链表的按值查找
1、用指针p指向首元结点
2、从首元结点开始以此顺着链域next向下查找，只要指向当前结点的
指针p不为空，并且p所指结点的数据域不等于给定值e，则执行以下操作：
2.1、p指向下一个结点
3、返回p。若查找成功，p此时即为结点的地址值，若查找失败，p的值即为NULL。
*/
func (list *List) LocateElem(v interface{}) bool {
if list.IsNull() {
fmt.Println("err")
return false
} else {
pre := list.headNode
for pre != nil {
if pre.data == v {
return true
}
pre = pre.next
}
return false
}
}
/*单链表的插入=>将值为e的新结点插入到表的第i个结点的位置上，即插入到结点a(i-1)与a(i)之间
1、查找结点a(i-1)并由指针p指向该结点
2、生成一个新结点*s
3、将新结点*s的数据域置为e
4、将新结点*s的指针域指向结点a(i)
5、将结点*p的指针域指向新结点*s
*/
func (list *List) InsertElem(index int, v interface{}) {
if index <= 0 || index > list.length {
fmt.Println("err")
} else {
pre := list.headNode
node := &Node{data: v}
if index == 1 {
node.next = pre
list.headNode = node
} else {
for count := 1; count < index-1; count++ {
pre = pre.next
}
node.next = pre.next
pre.next = node
}
list.length--
}
}
/*单链表的删除
1、查找结点a(i-1)并由指针p指向该结点
2、临时保存待删除结点a(i)的地址在q中，以备释放
3、将结点*p的指针域指向a(i)的直接后继结点
4、释放结点a(i)的空间
*/
func (list *List) DeleteElem(index int) {
if index <= 0 || index > list.length {
fmt.Println("删除位置不合理")
return
} else {
pre := list.headNode
if index == 1 {
list.headNode = pre.next
} else {
pre := list.headNode
for count := 1; count < index-1; count++ {
pre = pre.next
}
pre.next = pre.next.next
}
list.length--
}
}
func (list *List) RemoveElem(v interface{}) {
pre := list.headNode
if pre.data == v {
list.headNode = pre.next
} else {
for pre.next != nil {
if pre.next.data == v {
pre.next = pre.next.next
return
} else {
pre = pre.next
}
}
fmt.Println("fail")
return
}
}
func (list *List) IsNull() bool {
if list.length == 0 {
return true
} else {
return false
}
}
func (list *List) AddElem(v interface{}) {
node := &Node{data: v}
if list.IsNull() { //处理空表的插入，否则会导致一个空的头结点后移
list.headNode = node
list.length++
return
}
node.next = list.headNode
list.headNode = node
list.length++
return
}
func (list *List) AppendElem(v interface{}) {
node := &Node{data: v}
if list.IsNull() {
list.headNode.next = node
} else {
cur := list.headNode
for cur.next != nil {
cur = cur.next
}
cur.next = node
}
list.length++
return
}
func (list *List) ShowList() {
if !list.IsNull() {
cur := list.headNode
for {
fmt.Printf("\t%v", cur.data)
if cur.next != nil {
cur = cur.next
} else {
break
}
}
fmt.Printf("\n")
}
}
func main() {
L := InitList()
msg := []int{12, 5, 3, 8, 55, 13}
for i := range msg {
L.AddElem(msg[i])
}
fmt.Println("---- 添加元素 ----")
L.AppendElem(66)
L.ShowList()
fmt.Println("---- 按位删除元素 ----")
L.DeleteElem(3)
L.ShowList()
fmt.Println("---- 按值删除元素 ----")
L.RemoveElem(13)
L.ShowList()
fmt.Println("---- 插入元素 ----")
L.InsertElem(1, 88)
L.ShowList()
fmt.Println("---- 按值寻找元素 ----")
fmt.Println(L.LocateElem(88))
fmt.Println("---- 按位寻找元素 ----")
fmt.Println(L.GetElem(4))
}
结果
---- 添加元素 ----
13 55 8 3 5 12 66
---- 按位删除元素 ----
13 55 3 5 12 66
---- 按值删除元素 ----
55 3 5 12 66
---- 插入元素 ----
88 55 3 5 12 66
---- 按值寻找元素 ----
true
---- 按位寻找元素 ----
5
6、总结
本文中除了初始化时为链表添加了一个空的头结点，其他情况下均无头结点，正如书中所说，为单链表添加头结点会方便很多，对链表进行相关操作时，不需要对首元结点做额外的处理，也便于对空表和非空表做统一处理
关于删除时释放结点空间及指针回收，我们交由go强大的垃圾回收来完成
参考博客
Golang之单链表实现
go语言实现单链表
