Java中双向链表详解及实例

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();

    }

  }

}

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);

  }

}

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]

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