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Java中双向链表详解及实例
写在前面：
双向链表是一种对称结构，它克服了单链表上指针单向性的缺点，其中每一个节点即可向前引用，也可向后引用，这样可以更方便的插入、删除数据元素。
由于双向链表需要同时维护两个方向的指针，因此添加节点、删除节点时指针维护成本更大；但双向链表具有两个方向的指针，因此可以向两个方向搜索节点，因此双向链表在搜索节点、删除指定索引处节点时具有较好的性能。
Java语言实现双向链表：
package com.ietree.basic.datastructure.dublinklist;
/**
* 双向链表
*
* @author Dylan
*/
public class DuLinkList<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;
// 保存上个节点的引用
private Node prev;
// 指向下一个节点的引用
private Node next;
// 无参构造器
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 DuLinkList() {
// 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
public DuLinkList(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
public int length() {
return size;
}
// 获取链式线性表中索引为index处的元素
public T get(int index) {
return getNodeByIndex(index).data;
}
// 根据索引index获取指定位置的节点
public 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
public int locate(T element) {
// 从头结点开始搜索
Node current = header;
for (int i = 0; i < size && current != null; i++, current = current.next) {
if (current.data.equals(element)) {
return i;
}
}
return -1;
}
// 向线性链表的指定位置插入一个元素
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节点指向新节点
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
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
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
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 {
// 获取删除节点的前一个节点
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
public T remove() {
return delete(size - 1);
}
// 判断链式线性表是否为空表
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;
}
public String toString() {
// 链表为空链表
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();
}
}
// 倒序toString
public String reverseToString() {
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();
}
}
}
</div>
测试类：
package com.ietree.basic.datastructure.dublinklist;
/**
* 测试类
*
* @author Dylan
*/
public class DuLinkListTest {
public static void main(String[] args) {
DuLinkList<String> list = new DuLinkList<String>();
list.insert("aaaa", 0);
list.add("bbbb");
list.insert("cccc", 0);
// 在索引为1处插入一个新元素
list.insert("dddd", 1);
// 输出顺序线性表的元素
System.out.println(list);
// 删除索引为2处的元素
list.delete(2);
System.out.println(list);
System.out.println(list.reverseToString());
// 获取cccc字符串在顺序线性表中的位置
System.out.println("cccc在顺序线性表中的位置：" + list.locate("cccc"));
System.out.println("链表中索引1处的元素：" + list.get(1));
list.remove();
System.out.println("调用remove方法后的链表：" + list);
list.delete(0);
System.out.println("调用delete(0)后的链表：" + list);
}
}
</div>
程序输出：
[cccc, dddd, aaaa, bbbb] [cccc, dddd, bbbb] [bbbb, dddd, cccc] cccc在顺序线性表中的位置：0 链表中索引1处的元素：dddd 调用remove方法后的链表：[cccc, dddd] 调用delete(0)后的链表：[dddd