Java-자료구조 (Linked-List)

1. 링크드 리스트 (Linked List) 구조

• 연결 리스트라고도 함
• 배열은 순차적으로 연결된 공간에 데이터를 나열하는 데이터 구조
• 링크드 리스트는 떨어진 곳에 존재하는 데이터를 화살표로 연결해서 관리하는 데이터 구조
• 링크드 리스트 기본 구조와 용어
  • 노드(Node): 데이터 저장 단위(데이터 값, 포인터)로 구성
  • 포인터(pointer): 각 노드 안에서, 다음이나 이전의 노드와의 연결 정보를 가지고 있는 공간

2. 간단한 링크드 리스트 예

• 최대한 간단한 형태로 코드를 작성해보며 링크드 리스트를 이해해보기

2-1. Node 클래스 구현

// src/com.company/Node.java

package com.company;

// Node 클래스 구현
public class Node<T> {
    private T data;

    // null을 가리키고 있음
    public Node<T> next = null;

    public Node(T data) {
        // set-data
        this.data = data;
    }
}

2-2. Node와 Node 연결하기: Node 인스턴스간

// src/com.company/Main.java

package com.company;

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        Node<Integer> node1 = new Node<Integer>(1);
        Node<Integer> node2 = new Node<Integer>(2);

        node1.next = node2;
        Node<Integer> head = node1;
    }
}

2-3. 링크드 리스트에 데이터 추가하기

// src/com.company/SingleLinkedList.java

package com.company;

public class SingleLinkedList<T> {
    // init SingleLinkedList's head for 'null'
    public Node<T> head = null;

    // Node
    public class Node<T> {
        private T data;
        public Node<T> next = null;
        public Node(T data) {
            this.data = data;
        }
    }

    // add One Node
    public void addNode(T data) {
        // if head points nothing
        if(head == null) {
            // head is new Node
            head = new Node<T>(data);
        } else {
            // if has head
            // head -> node -> node -> null
            //            ->  (node)  <-
            // using while to go null
            Node<T> node = this.head;
            while(node.next != null) {
                node = node.next;
            }
            // head -> node -> node -> node -> null
            //                 -> (add this node) <-
            node.next = new Node<T>(data);
        }
    }
}

// src/com.company/Main.java

package com.company;

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        SingleLinkedList<Integer> MyLinkedList = new SingleLinkedList<Integer>();
        MyLinkedList.addNode(1);

        MyLinkedList.addNode(2);
        System.out.println(MyLinkedList.head.next.data);
    }
}

// 2

2-4. 링크드 리스트 데이터 출력하기

// src/com.company/SingleLinkedList.java

package com.company;

public class SingleLinkedList<T> {
    // init SingleLinkedList's head for 'null'
    public Node<T> head = null;

    // Node
    public class Node<T> {
        public T data;
        public Node<T> next = null;
        public Node(T data) {
            this.data = data;
        }
    }

    // add One Node
    public void addNode(T data) {
        // if head points nothing
        if(head == null) {
            // head is new Node
            head = new Node<T>(data);
        } else {
            // if has head
            // head -> node -> node -> null
            //            ->  (node)  <-
            // using while to go null
            Node<T> node = this.head;
            while(node.next != null) {
                node = node.next;
            }
            // head -> node -> node -> node -> null
            //                 -> (add this node) <-
            node.next = new Node<T>(data);
        }
    }

    public void printAll() {
        // if SingleLinkedList has head
        if(head != null) {
            Node<T> node = this.head;
            System.out.println(node.data);
            // cycle to print all value
            while(node.next != null) {
                node = node.next;
                System.out.println(node.data);
            }
        }
    }
}

// src/com.company/Main.java

package com.company;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        SingleLinkedList<Integer> MyLinkedList = new SingleLinkedList<Integer>();
        MyLinkedList.addNode(1);
        MyLinkedList.addNode(2);
        MyLinkedList.addNode(3);
        MyLinkedList.printAll();
    }
}

// 1
// 2
// 3

3. 링크드 리스트의 장단점 (전통적인 C언어에서의 배열과 링크드 리스트)

• 장점
  • 미리 데이터 공간을 미리 할당하지 않아도 됨
    • 배열은 미리 데이터 공간을 할당 해야 함
• 단점
  • 연결을 위한 별도 데이터 공간이 필요하므로, 저장공간 효율이 높지 않음
  • 연결 정보를 찾는 시간이 필요하므로 접근 속도가 느림
  • 중간 데이터 삭제시, 앞뒤 데이터의 연결을 재구성해야 하는 부가적인 작업 필요

4. 링크드 리스트의 복잡한 기능1 (링크드 리스트 데이터 사이에 데이터를 추가)

(출처: wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Linked_list))

// src/com.company/SingleLinkedList.java

package com.company;

public class SingleLinkedList<T> {
    // init SingleLinkedList's head for 'null'
    public Node<T> head = null;

    // Node
    public class Node<T> {
        public T data;
        public Node<T> next = null;
        public Node(T data) {
            this.data = data;
        }
    }

    // add One Node
    public void addNode(T data) {
        // if head points nothing
        if(head == null) {
            // head is new Node
            head = new Node<T>(data);
        } else {
            // if has head
            // head -> node -> node -> null
            //            ->  (node)  <-
            // using while to go null
            Node<T> node = this.head;
            while(node.next != null) {
                node = node.next;
            }
            // head -> node -> node -> node -> null
            //                 -> (add this node) <-
            node.next = new Node<T>(data);
        }
    }

    public void printAll() {
        // if SingleLinkedList has head
        if(head != null) {
            Node<T> node = this.head;
            System.out.println(node.data);
            // cycle to print all value
            while(node.next != null) {
                node = node.next;
                System.out.println(node.data);
            }
        }
    }

    public Node<T> search(T data) {
        if(this.head == null) {
            return null;
        } else {
            Node<T> node = this.head;
            while(node != null) {
                if(node.data == data) {
                    return node;
                } else {
                    node = node.next;
                }
            }
            // if cannot search the data
            return null;
        }
    }

    // add data between the Node
    public void addNodeInside(T data, T isData) {
        // add next to the searchedNode
        Node<T> searchedNode = this.search(isData);
        if(searchedNode == null) {
            this.addNode(data);
        } else {
            // add new Node after searchedNode!
            // make some new node
            Node<T> newNode = new Node<T>(data);
            Node<T> nextNode = searchedNode.next;
            newNode.next = nextNode;
            searchedNode.next = newNode;
        }
    }
}

// src/com.company/Main.java

package com.company;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        SingleLinkedList<Integer> MyLinkedList = new SingleLinkedList<Integer>();
        MyLinkedList.addNode(1);
        MyLinkedList.addNode(2);
        MyLinkedList.addNode(3);

        // add
        MyLinkedList.addNodeInside(5, 1);
        MyLinkedList.printAll();
    }
}

// 1
// 5
// 2
// 3

5. 링크드 리스트의 복잡한 기능2 (특정한 노드를 삭제)

• delete를 추가

// src/com.company/SingleLinkedList.java

package com.company;

public class SingleLinkedList<T> {
    // init SingleLinkedList's head for 'null'
    public Node<T> head = null;

    // Node
    public class Node<T> {
        public T data;
        public Node<T> next = null;
        public Node(T data) {
            this.data = data;
        }
    }

    // add One Node
    public void addNode(T data) {
        // if head points nothing
        if(head == null) {
            // head is new Node
            head = new Node<T>(data);
        } else {
            // if has head
            // head -> node -> node -> null
            //            ->  (node)  <-
            // using while to go null
            Node<T> node = this.head;
            while(node.next != null) {
                node = node.next;
            }
            // head -> node -> node -> node -> null
            //                 -> (add this node) <-
            node.next = new Node<T>(data);
        }
    }

    public void printAll() {
        // if SingleLinkedList has head
        if(head != null) {
            Node<T> node = this.head;
            System.out.println(node.data);
            // cycle to print all value
            while(node.next != null) {
                node = node.next;
                System.out.println(node.data);
            }
        }
    }

    public Node<T> search(T data) {
        if(this.head == null) {
            return null;
        } else {
            Node<T> node = this.head;
            while(node != null) {
                if(node.data == data) {
                    return node;
                } else {
                    node = node.next;
                }
            }
            // if cannot search the data
            return null;
        }
    }

    // add data between the Node
    public void addNodeInside(T data, T isData) {
        // add next to the searchedNode
        Node<T> searchedNode = this.search(isData);
        if(searchedNode == null) {
            this.addNode(data);
        } else {
            // add new Node after searchedNode!
            // make some new node
            Node<T> newNode = new Node<T>(data);
            Node<T> nextNode = searchedNode.next;
            newNode.next = nextNode;
            searchedNode.next = newNode;
        }
    }

    // delete value -> search value
    public boolean delNode(T isData) {
        if(this.head == null) {
            // if Node has no data -> return false
            return false;
        } else {
            Node<T> node = this.head;
            if(node.data == isData) {
                this.head = this.head.next;
                return true;
            } else {
                while(node.next != null) {
                    if(node.next.data == isData) {
                        node.next = node.next.next;
                        return true;
                    }
                    node = node.next;
                }
                // if cannot search data
                return false;
            }
        }
    }
}

// src/com.company/Main.java

package com.company;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        SingleLinkedList<Integer> MyLinkedList = new SingleLinkedList<Integer>();
        MyLinkedList.addNode(1);
        MyLinkedList.addNode(2);
        MyLinkedList.addNode(3);

        // add
        MyLinkedList.addNodeInside(5, 1);

        // delete
        MyLinkedList.delNode(3);
        MyLinkedList.printAll();
    }
}

// 1
// 5
// 2

6. 다양한 링크드 리스트 구조: 더블 링크드 리스트 (Double linked list)

• 더블 링크드 리스트(Double linked list) 기본 구조
  • 이중 연결 리스트라고도 함
  • 장점: 양방향으로 연결되어 있어서 노드 탐색이 양쪽으로 모두 가능

(출처: wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Linked_list) 

// src/com.company/DoubleLinkedList.java

package com.company;

public class DoubleLinkedList<T> {
    public Node<T> head = null;
    public Node<T> tail = null;

    public class Node<T> {
        public T data;
        public Node<T> prev = null;
        public Node<T> next = null;
        public Node(T data) {
            this.data = data;
        }
    }

    public void addNode(T data) {
        // if DoubleLinkedList's head is null
        if(this.head == null) {
            this.head = new Node<T>(data);
            this.tail = this.head;
        } else {
            Node<T> node = this.head;

            while(node.next != null) {
                node = node.next;
            }
            // head -> node -> node -> null
            //          -> (point this) <-
            // add node
            Node<T> newNode = new Node<T>(data);
            // head -> node -> node -> newNode -> null
            node.next = newNode;
            node.next.prev = node;
            this.tail = node.next;
        }
    }

    public void printAll() {
        if(this.head != null) {
            Node<T> node = this.head;
            System.out.println(node.data);
            while(node.next != null) {
                node = node.next;
                System.out.println(node.data);
            }
        }
    }
}

// src/com.company/Main.java

package com.company;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        DoubleLinkedList<Integer> MyLinkedList = new DoubleLinkedList<Integer>();
        MyLinkedList.addNode(2);
        MyLinkedList.addNode(4);
        MyLinkedList.addNode(5);
        MyLinkedList.addNode(8);
        MyLinkedList.addNode(3);

        MyLinkedList.printAll();
    }
}


// 2
// 4
// 5
// 8
// 3

---

6-1. 기능 추가하기

• 위 코드를 기반으로 기능을 추가해보겠습니다.
• head부터 특정 노드를 찾는 메소드 추가하기
• tail부터 특정 노드를 찾는 메서드 추가

 

Double Linked List 최종코드

// src/com.company/DoubleLinkedList.java

package com.company;

import java.util.ArrayList;

public class DoubleLinkedList<T> {
    public Node<T> head = null;
    public Node<T> tail = null;

    public class Node<T> {
        public T data;
        public Node<T> prev = null;
        public Node<T> next = null;
        public Node(T data) {
            this.data = data;
        }
    }

    public void addNode(T data) {
        // if DoubleLinkedList's head is null
        if(this.head == null) {
            this.head = new Node<T>(data);
            this.tail = this.head;
        } else {
            Node<T> node = this.head;

            while(node.next != null) {
                node = node.next;
            }
            // head -> node -> node -> null
            //          -> (point this) <-
            // add node
            Node<T> newNode = new Node<T>(data);
            // head -> node -> node -> newNode -> null
            node.next = newNode;
            node.next.prev = node;
            this.tail = node.next;
        }
    }

    public void printAll() {
        ArrayList<T> resultArray = new ArrayList<>();
        if(this.head != null) {
            Node<T> node = this.head;
//            System.out.println(node.data);
            resultArray.add(node.data);
            while(node.next != null) {
                node = node.next;
//                System.out.println(node.data);
                resultArray.add(node.data);
            }
        }
        System.out.println(resultArray);
    }

    // search from Head (Node)
    public Node<T> searchFromHead(T isData) {
        if(this.head == null) {
            return null;
        } else {
            Node<T> node = this.head;
            while(node != null) {
                if(node.data == isData) {
                    return node;
                } else {
                    node = node.next;
                }
            }
            return null;
        }
    }

    // search from Tail (Node)
    public Node<T> searchFromTail(T isData) {
        if(this.head == null) {
            return null;
        } else {
            Node<T> node = this.tail;
            while(node != null) {
                if(node.data == isData) {
                    return node;
                } else {
                    node = node.prev;
                }
            }
            return null;
        }
    }

    public boolean insertToFront(T existedData, T addData) {
        if(this.head == null) {
            Node<T> node = new Node<T>(addData);
            this.head = node;
            this.tail = head;
            return true;
        }else {
            Node<T> node = this.head;
            if(node.data == existedData) {
                Node<T> newHead = new Node<T>(addData);
                newHead.next = this.head;
                this.head = newHead;
                this.head.next.prev = this.head;
                return true;
            } else {
                while(node != null) {
                    // head -> node -> node -> tail
                    if(node.data == existedData) {
                        // first node
                        Node<T> nodePrev = node.prev;
                        // new Node ( for add )
                        Node<T> newNode = new Node<T>(addData);

                        // optioning next
                        nodePrev.next = newNode;
                        nodePrev.next.next = node;

                        //optioning prev
                        nodePrev.next.prev = nodePrev;
                        node.prev = nodePrev.next;
                        return true;
                    } else {
                        node = node.next;
                    }
                }
            }
            return false;
        }
    }
}

// src/com.company/Main.java

package com.company;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        DoubleLinkedList<Integer> MyLinkedList = new DoubleLinkedList<Integer>();
        MyLinkedList.addNode(1);
        MyLinkedList.addNode(2);
        MyLinkedList.addNode(3);
        MyLinkedList.addNode(4);
        MyLinkedList.addNode(5);
        MyLinkedList.printAll();
        System.out.println("------------------------");
        MyLinkedList.insertToFront(3, 2);
        MyLinkedList.printAll();
        System.out.println("------------------------");
        MyLinkedList.insertToFront(6, 2);
        MyLinkedList.insertToFront(1, 0);
        MyLinkedList.printAll();
        System.out.println("------------------------");
        MyLinkedList.addNode(6);
        MyLinkedList.printAll();
    }
}

// [1, 2, 3, 4, 5]
// ------------------------
// [1, 2, 2, 3, 4, 5]
// ------------------------
// [0, 1, 2, 2, 3, 4, 5]
// ------------------------
// [0, 1, 2, 2, 3, 4, 5, 6]