第一节 如何用Go实现单链表

一、概念介绍

下面这副图是我们单链表运煤车队。

每节运煤车就是单链表里的元素，每节车厢里的煤炭就是元素中保存的数据。前后车通过锁链相连，作为单链表运煤车，从1号车厢开始，每节车厢都知道后面拉着哪一节车厢，却不知道前面是哪节车厢拉的自己。第一节车厢没有任何车厢拉它，我们就叫它车头，第五节车厢后面拉其他车厢，我们称为车尾。

作为单链表它最大的特点就是能随意增加车队的长度，也能随意减少车队的长度。这是比数组公交车最大的优点。

二、Go语言实现讲解

1、节点



每节车厢都由车体、绳索和煤炭构成。在Go语言中表示这种自定义组合体的类型就是结构，当然为了通用性，我们这里要把车厢转换成节点也就是元素，煤炭转换成数据，绳索转换成指针。

    type Node struct {
        data Object
        next *Node
    }

用张图来描述这种对应关系。



这里结构体Node表示车厢，data表示煤炭用Object类型，next是牵着下节车厢的绳索，用指针表示。

对于车厢来说，除了放煤炭外，还能放瓜果、衣物、饭菜等等，所以这里data的类型必须通用，当然Go里是没有Java里的Object类型的，所以我们就自己定义了一个。

    type Object interface{}

2、链表



光有车厢还不够，我们还要描述车厢组成的车队。每个单链表车队都有车头、车尾和车厢数量，我们同样以结构来表现。

    type List struct {
        size uint64 // 车辆数量
        head *Node  // 车头
        tail *Node  // 车尾
    }

3、方法

（1）初始化

第一步就是组装单链表车队，这就是初始化。不过开始的时候车队是个空壳，一个车厢没有。

    func (list *List) Init() {
        (*list).size = 0    // 此时链表是空的
        (*list).head = nil  // 没有车头
        (*list).tail = nil  // 没有车尾
    }

（2）添加元素

当前的单链表是空的，所以我们要向里面添加元素。

    func (list *List) Append(node *Node) {
        (*list).head = node // 这是单链表的第一个元素，也是链表的头部
        (*list).tail = node // 同时是单链表的尾部
        (*list).size = 1    // 单链表有了第一个元素
    }

现在单链表有了第一个元素，我还想再添加一个元素，当然是添加到单链表尾部。

    func (list *List) Append(node *Node) {
        if (*list).size == 0 { // 无元素的时候添加
            (*list).head = node // 这是单链表的第一个元素，也是链表的头部
            (*list).tail = node // 同时是单链表的尾部
            (*list).size = 1    // 单链表有了第一个元素
        } else { // 有元素了再添加
            oldTail := (*list).tail
            (*oldTail).next = node  // node放到尾部元素后面
            (*list).tail = node     // node成为新的尾部
            (*list).size++          // 元素数量增加
        }
    }

分析上面的代码存在3处疑点，元芳你怎么看？属下认为

第一，node如果为空，则添加无任何意义；

第二，代码中存在重复的地方；

这第三么，卑职如何才能知道新增结果？

下面大卫哥顺着元芳的思路改进下代码。

    func (list *List) Append(node *Node) bool {
        if node == nil {
            return false
        }

        (*node).next = nil
        // 将新元素放入单链表中
        if (*list).size == 0 {
            (*list).head = node
        } else {
            oldTail := (*list).tail
            (*oldTail).next = node
        }

        // 调整尾部位置，及链表元素数量
        (*list).tail = node // node成为新的尾部
        (*list).size++      // 元素数量增加

        return true
    }

（3）插入元素

一天领导让大卫哥把他小舅子安排到第一个，于是大卫哥为了拍好领导马屁。绞尽脑汁弄了一个方法。

   func (list *List) Insert(node *Node) bool {
      if node == nil {
          return false
      }

      (*node).next = (*list).head   // 领导小舅子排到之前第一名前面
      (*list).head = node           // 领导小舅子成为第一名
      (*list).size++
      return true
  }

来托关系插队的人越来越多，领导的关系户不能动，只能插后面人的队了。于是大卫哥又修改了代码，增加了位置参数。

    func (list *List) Insert(i uint,node *Node) bool {
        // 空的节点、索引超出范围和空链表都无法做插入操作
        if node == nil || i > (*list).size || (*list).size == 0 {
            return false
        }

        if i == 0 { // 直接排第一，也就领导小舅子才可以
            (*node).next = (*list).head
            (*list).head = node
        } else {
            // 找到前一个元素
            preItem := (*list).head
            for j := 1 ; j < i; j++ { // 数前面i个元素
                preItem = (*preItem).next
            }
            // 原来元素放到新元素后面,新元素放到前一个元素后面
            (*node).next = (*preItem).next
            (*preItem).next = preItem
        }

            (*list).size++ 

            return true
    }

（4）删除元素

插队的关系户太多，影响了正常排队的人，被人投诉，大卫哥只好想办法删除一些。

    func (list *List) Remove(i uint, node *Node) bool {
        if i >= (*list).size {
            return false
        }

        if i == 0 { // 删除头部
            node = (*list).head
            (*list).head = (*node).next
            if (*list).size == 1 { // 如果只有一个元素，那尾部也要调整
                (*list).tail = nil
            }
        } else {
            preItem := (*list).head
            for j := 1; j < i; j++ {
                preItem = (*preItem).next
            }

            node = (*preItem).next
            (*preItem).next = (*node).next

            if i == ((*list).size - 1) { // 若删除的尾部，尾部指针需要调整
                (*list).tail = preItem
            }
        }
        (*list).size--
        return true
    }

（5）获取

为了获取某个位置的元素，我们需要一个方法。

    func (list *List) Get(i uint) *Node {
        if i >= (*list).size {
            return nil
        }

        item := (*list).head
        for j := 0; j < i ; j++ {    // 从head数i个
            item = (*item).next
        }

        return item
    }

到这里基本框架已经出来了，不过还有几个接口还没实现，作为课后作业。

三、小结

单链表就和列车类似，一个接着一个，所以本节从列车类比介绍了单链表的Go语言实现。在接口实现部分大卫哥以序号作为链表中每个节点的操作关键字。在实际应用中，我们往往以data中的某一个字段作为操作关键字。所以这也衍生出链表的不同接口，大家可以参考大卫哥留的链接中的代码实现作为理解。同时有些实现将表头独立出来并不存放数据，这在一定程度上简化了代码的实现。

代码下载

四、习题

（1）补全GetSize,RemoveAll,GetHead和GetTail的定义和实现。

（2）以data作为参数，考虑单链表的实现。

（3）将单链表的head独立出来，此时的head是独立的，不存放data，如下图，考虑单链表的实现，并比较这种实现。



（4）如果将head和tail都独立出来，都不存放data，此时的单链表如何实现？这样实现的代码在插入删除操作时候是不是更容易点？