双向链表代码实现和详解—java实现

程序员文章站 2022-05-06 21:41:29

...

目录
　　一 .双向链表的优点
　　二 .插入
　　三 .遍历
　　四 .删除
　　五 .代码清单
　　六 .总结

双向链表的优点

　　传统的链表沿着链表的反向遍历是困难的，以及操作某个节点的前一个元素，也是十分的困难。
　　双向链表提供了这些能力，即可以向前遍历，也可以向后遍历。其中实现在于每个链节点有两个指向其它节点的引用。一个指向前驱节点，一个像传统链表一样指向后继节点。如图：
　　双向链表代码实现和详解—java实现
　　双向链表的节点类是这样声明的：
　　

class Link <T>{
    public T val;
    public Link<T> next;
    public Link<T> pre;

    public Link(T val) {
        this.val = val;
    }
 ｝

插入

　　双向链表的缺点就是：每次插入和删除操作时，要处理四个节点的引用，而不是两个。
　　
　　两个连接前一个链节点，两个连接后一个链接点。当然，由于多了两个链节点的引用，链节点占用的空间也会变大。

　　双向链表由于前驱指针的存在，可以多种方式插入。addFrist()头插，addLast()尾插，在特定元素之前插入addBefore()，在特定元素之后插入addAfter()。
　　对于头插，如图：
　　双向链表代码实现和详解—java实现
　　插入的新节点的next是未插入之前的frist节点。
　　如果链表是空的，last需要改变。如果链表非空，frist.pre字段改变。
　　

        Link<T> newLink= new Link(value);
        if(isEmpty()){ // 如果链表为空
            last = newLink; //last -> newLink
        }else {
            frist.pre = newLink; // frist.pre -> newLink
        }
        newLink.next = frist; // newLink -> frist
        frist = newLink; // frist -> newLink

addLast()，也是同样的过程，不过是对last指针的应用。

addAfter()在某个特定节点之后插入一个节点。需要建立4个引用的连接。首先找到该特定的节点。然后假设插入的位置不在表尾，首先建立新节点和下一个节点之间的两个连接，接着是建立当前结点所指节点与新节点之间的两个连接。如图：
双向链表代码实现和详解—java实现

   Link<T> cur = frist;
        while(cur.val!=key){ //经过循环，cur指针指向指定节点
            cur = cur.next;
            if(cur == null){ // 找不到该节点
                throw new RuntimeException("Node is not exists");
            }
        }
        Link<T> newLink = new Link<>(value);
        if (cur == last){ // 如果当前结点是尾节点
            newLink.next = null; // 新节点指向null
            last =newLink; // last指针指向新节点
        }else {
            newLink.next = cur.next; //新节点next指针，指向当前结点的next
            cur.next.pre = newLink; //当前结点的前驱指向新节点
        }
        newLink.pre = cur;//当前结点的前驱指向当前结点
        cur.next = newLink; //当前结点的后继指向新节点

在特定节点之前插入也是类似，只是要找到cur.next == 特定的节点，然后和之后插入类似。就是得判断first元素是不是特点元素。

遍历

遍历可以按first开始遍历，使用next引用。也可以按last反向遍历，使用pre引用。

    public void displayForward(){
        Link<T> cur = frist;
        while(cur!=null){
            cur.displayCurrentNode();
            cur = cur.next;
        }
        System.out.println();

    }
    public void displayBackward(){
        Link<T> cur = last;
        while(cur!=null){
            cur.displayCurrentNode();
            cur = cur.pre;
        }
        System.out.println();
    }

删除

删除可以有三种方式，deleteFrist() ，deleteLast()，deleteKey()。前两种删除较为简单，后一种如图：
双向链表代码实现和详解—java实现

删除任意节点

   Link<T> cur = frist;
        while(cur.val!= key){
            cur = cur.next;
            if(cur == null){ //不存在该节点
                throw new RuntimeException("Node is not exists");
            }
        }
        if(cur == frist){ // 如果frist指向的节点
            frist = cur.next; //frist指针后移
        }else {
            cur.pre.next = cur.next;//前面节点的后继指向当前节点的后一个节点
        }
        if(cur == last){ // 如果当前节点是尾节点
            last = cur.pre; // 尾节点的前驱前移
        }else {
            cur.next.pre = cur.pre; //后面节点的前驱指向当前节点的前一个节点
        }

完整代码清单，包括讨论的代码

import org.junit.Test;

import java.io.IOException;

/**
 * @author 
 * @date 2018/4/2  22:15
 */

public class DoublyLinkList<T>{
    private Link<T> frist;
    private Link<T> last;
    public DoublyLinkList(){//初始化首尾指针
        frist = null;
        last = null;
    }

    public boolean isEmpty(){
        return frist == null;
    }

    public void addFrist(T value){
        Link<T> newLink= new Link(value);
        if(isEmpty()){ // 如果链表为空
            last = newLink; //last -> newLink
        }else {
            frist.pre = newLink; // frist.pre -> newLink
        }
        newLink.next = frist; // newLink -> frist
        frist = newLink; // frist -> newLink
    }

    public void addLast(T value){
        Link<T> newLink= new Link(value);
        if(isEmpty()){ // 如果链表为空
            frist = newLink; // 表头指针直接指向新节点
        }else {
            last.next = newLink; //last指向的节点指向新节点
            newLink.pre = last; //新节点的前驱指向last指针
        }
        last = newLink; // last指向新节点
    }

    public boolean addBefore(T key,T value){

        Link<T> cur = frist;
        if(frist.next.val == key){
            addFrist(value);
            return true;
        }else {
            while (cur.next.val != key) {
                cur = cur.next;
                if(cur == null){
                    return false;
                }
            }
            Link<T> newLink= new Link(value);
            newLink.next = cur.next;
            cur.next.pre = newLink;
            newLink.pre = cur;
            cur.next = newLink;
            return true;
        }
    }

    public void addAfter(T key,T value)throws RuntimeException{
        Link<T> cur = frist;
        while(cur.val!=key){ //经过循环，cur指针指向指定节点
            cur = cur.next;
            if(cur == null){ // 找不到该节点
                throw new RuntimeException("Node is not exists");
            }
        }
        Link<T> newLink = new Link<>(value);
        if (cur == last){ // 如果当前结点是尾节点
            newLink.next = null; // 新节点指向null
            last =newLink; // last指针指向新节点
        }else {
            newLink.next = cur.next; //新节点next指针，指向当前结点的next
            cur.next.pre = newLink; //当前结点的前驱指向新节点
        }
        newLink.pre = cur;//当前结点的前驱指向当前结点
        cur.next = newLink; //当前结点的后继指向新节点
    }

    public void deleteFrist(){
        if(frist.next == null){
            last = null;
        }else {
            frist.next.pre = null;
        }
        frist = frist.next;
    }

    public void deleteLast(T key){
        if(frist.next == null){
            frist = null;
        }else {
            last.pre.next = null;
        }
            last = last.pre;
    }

    public void deleteKey(T key)throws RuntimeException{
        Link<T> cur = frist;
        while(cur.val!= key){
            cur = cur.next;
            if(cur == null){ //不存在该节点
                throw new RuntimeException("Node is not exists");
            }
        }
        if(cur == frist){ // 如果frist指向的节点
            frist = cur.next; //frist指针后移
        }else {
            cur.pre.next = cur.next;//前面节点的后继指向当前节点的后一个节点
        }
        if(cur == last){ // 如果当前节点是尾节点
            last = cur.pre; // 尾节点的前驱前移
        }else {
            cur.next.pre = cur.pre; //后面节点的前驱指向当前节点的前一个节点
        }
    }

    public T queryPre(T value)throws IOException,RuntimeException{
        Link<T> cur = frist;
        if(frist.val == value){
            throw new RuntimeException("Not find "+value+"pre");
        }
        while(cur.next.val!=value){
            cur = cur.next;
            if(cur.next == null){
                throw new RuntimeException(value +"pre is not exeist!");
            }
        }

        return cur.val;
    }

    public void displayForward(){
        Link<T> cur = frist;
        while(cur!=null){
            cur.displayCurrentNode();
            cur = cur.next;
        }
        System.out.println();

    }
    public void displayBackward(){
        Link<T> cur = last;
        while(cur!=null){
            cur.displayCurrentNode();
            cur = cur.pre;
        }
        System.out.println();
    }

    @Test
    public void test()throws Exception{ // 自己测试代码
        DoublyLinkList<Integer> d = new DoublyLinkList<Integer>();
        d.addFrist(1);
//        d.addFirst(1);
        d.addFrist(2);
        d.addFrist(3);
        d.addLast(6);
        d.addFrist(4);
        d.addFrist(5);
        d.addLast(7);
        d.displayForward();
        System.out.println(d.queryPre(4));
        System.out.println(d.queryPre(0));
    }
}

class Link <T>{
    public T val;
    public Link<T> next;
    public Link<T> pre;

    public Link(T val) {
        this.val = val;
    }

    public void displayCurrentNode() {
        System.out.print(val + "  ");
    }
}

总结

　　链表是一种很简单的数据结构，我们学习的时候，需要冷静，我们不应该像到代码如何实现。应该是在我们写代码的时候，脑海中有一张清晰的操作流程，如果操作流程不是很熟悉，建议可以使用笔模拟一下。按照流程一步步的写出代码，问题也随之解决了。
　　链表无非就抓住指针的移动，就能完成该有的操作。
　　
　　本文描述和实现的都是具有双端性质的双向链表。如果有朋友对不具有双端性质的传统双向链表有需求，戳这里。
　　
　　谢谢观看！

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