Java数据结构之双向链表的实现

1 双向链表

1.1 双向链表介绍

相较单链表，双向链表除了data与next域，还多了一个pre域用于表示每个节点的前一个元素。这样做给双向链表带来了很多优势：

单向链表查找的方向只能是一个方向，而双向链表可以向前或者向后查找；

单链表如果想要实现删除操作，需要找到待删除节点的前一个节点。而双向链表可以实现自我删除。

双向链表结构示意图如下：

1.2 双向链表实现思路

与单链表实现类似，交集部分不再赘述，详情可参考文章：Java数据结构：单链表的实现与面试题汇总

遍历：

与单链表遍历方式一样，同时，双向链表可以支持向前和向后两种查找方式

添加：

添加到末尾

• 先找到双向链表最后一个节点

• cur.next = newNode；

• newNode.pre = cur；

按照no顺序添加

• 先判断该链表是否为空，如果为空则直接添加

• 如果不为空则继续处理

• 根据no遍历链表，找到合适的位置

• newNode.next = cur.next;

• cur.next = newNode;

• newNode.pre = cur;

修改操作与单链表实现步骤一致

删除操作：

• 双向链表可以实现自我删除

• 直接找到待删除的节点

• cur.pre.next = cur.next;

• cur.next.pre = cur.pre;

• 需要特别注意是否为最后一个元素，如果为最后一个元素，cur.next为null，此时使用cur.next.pre会出现空指针异常，所以，如果为最后一个元素，则该步骤可以省略，cur.next为null即可。

以删除红色的2号节点为例：

2 双向链表实现完整代码

2.1 节点类 Student.java

/**
* @author 兴趣使然黄小黄
* @version 1.0
* 学生类节点
*/
public class StudentNode {
   public String no; //学号
   public String name; //姓名
   public int age; //年龄
   public StudentNode pre; //指向前一个节点
   public StudentNode next; //指向下一个节点

//构造器
   public StudentNode(String no, String name, int age ){
       this.no = no;
       this.name = name;
       this.age = age;
   }

//为了显示方便
   @Override
   public String toString() {
       return "StudentNode{" +
               "no='" + no + '\'' +
               ", name='" + name + '\'' +
               ", age=" + age +
               '}';
   }
}

2.2 双向链表实现类 StudentDoubleLinkedList.java

/**
* @author 兴趣使然黄小黄
* @version 1.0
* 学生双向链表的具体实现
*/
public class StudentDoubleLinkedList {
   //定义头节点
   private StudentNode head = new StudentNode("", "", 0);

//获取头节点
   public StudentNode getHead(){
       return head;
   }

//遍历双向链表的方法
   public void showList(){
       //判断链表是否为空
       if (head.next == null){
           System.out.println("当前链表为空");
           return;
       }
       //遍历 使用辅助指针
       StudentNode temp = head;
       while (temp != null){
           //更新指针
           temp = temp.next;
           if (temp.next == null){
               System.out.print(temp);
               break;
           }
           System.out.print(temp + "--->");
       }
   }

//添加节点的方法
   //添加到尾部
   public void add(StudentNode newNode){
       //先找到最后一个节点
       StudentNode cur = head;
       while (true){
           //到达最后退出循环
           if (cur.next == null){
               break;
           }
           //更新指针
           cur = cur.next;
       }
       //添加操作
       newNode.next = cur.next; //也可以省略，因为恒为null
       cur.next = newNode;
       newNode.pre = cur;
   }

//添加节点的方法
   //根据学号顺序添加
   public void addByOrder(StudentNode newNode){
       //如果当前链表为空，则直接添加
       if (head.next == null){
           head.next = newNode;
           newNode.pre = head;
           return;
       }
       //按照学号找到对应位置
       StudentNode cur = head;
       boolean flag = false; //标识待添加的no是否存在
       while (true){
           if (cur.next == null){
               //已经到达链表的尾部
               break;
           } else if (Integer.parseInt(cur.next.no) == Integer.parseInt(newNode.no)){
               //已经存在
               flag = true;
               break;
           }else if (Integer.parseInt(cur.next.no) > Integer.parseInt(newNode.no)){
               //位置找到
               break;
           }
           cur = cur.next;
       }
       if (flag){
           System.out.println("当前no已经存在，无法添加!");
       }else {
           //添加操作
           newNode.next = cur.next;
           cur.next = newNode;
           newNode.pre = cur;
       }
   }

//根据no学号修改学生信息
   public void update(StudentNode studentNode){
       if (head.next == null){
           System.out.println("当前链表为空, 无法修改");
           return;
       }
       StudentNode temp = head.next;
       boolean flag = false; //表示是否找到节点
       while (true){
           if (temp == null){
               break;
           }
           if (temp.no == studentNode.no){
               flag = true;
               break;
           }
           temp = temp.next;
       }
       if (flag){
           temp.name = studentNode.name;
           temp.age = studentNode.age;
           System.out.println("更新成功!");
       }else {
           System.out.println("没有找到");
       }
   }

//从双向链表中删除节点
   public void delete(String no){
       //直接找到对应no的节点直接删除
       StudentNode cur = head.next;
       boolean flag = false; //标记是否找到
       while (true){
           if (cur == null){
               break;
           }
           if (cur.no.equals(no)){
               flag = true; //找到了
               break;
           }
           cur = cur.next;
       }
       if (flag){
           //删除操作
           //注意考虑最后一个节点后一个为空的情况
           if (cur.next != null) {
               cur.next.pre = cur.pre;
           }
           cur.pre.next = cur.next;
           System.out.println("删除成功!");
       }else {
           System.out.println( no + "节点不存在，无法删除！");
       }
   }
}

2.3 测试类 StudentDoubleLinkedListDemo.java

/**
* @author 兴趣使然黄小黄
* @version 1.0
* 双向链表测试类
*/
public class DoubleLinkedListDemo {
   public static void main(String[] args) {
       StudentDoubleLinkedList doubleLinkedList = new StudentDoubleLinkedList();
       doubleLinkedList.addByOrder(new StudentNode("1", "黄小黄", 20));
       doubleLinkedList.addByOrder(new StudentNode("3", "懒羊羊", 20));
       doubleLinkedList.addByOrder(new StudentNode("2", "沸羊羊", 25));
       doubleLinkedList.addByOrder(new StudentNode("4", "美羊羊", 15));
       System.out.println("遍历:");
       doubleLinkedList.showList();

//测试更新方法
       System.out.println("\n更新编号为4的信息后:");
       doubleLinkedList.update(new StudentNode("4", "祢豆子", 14));
       doubleLinkedList.showList();

//测试删除方法
       System.out.println("\n删除第一个和最后一个:");
       doubleLinkedList.delete("1");
       doubleLinkedList.delete("4");
       doubleLinkedList.showList();
   }
}

2.4 结果

遍历:
StudentNode{no='1', name='黄小黄', age=20}--->StudentNode{no='2', name='沸羊羊', age=25}--->StudentNode{no='3', name='懒羊羊', age=20}--->StudentNode{no='4', name='美羊羊', age=15}
更新编号为4的信息后:
更新成功!
StudentNode{no='1', name='黄小黄', age=20}--->StudentNode{no='2', name='沸羊羊', age=25}--->StudentNode{no='3', name='懒羊羊', age=20}--->StudentNode{no='4', name='祢豆子', age=14}
删除第一个和最后一个:
删除成功!
删除成功!
StudentNode{no='2', name='沸羊羊', age=25}--->StudentNode{no='3', name='懒羊羊', age=20}
Process finished with exit code 0

3 双向链表小结

单向链表查找的方向只能为一个方向，双向链表解决了这个缺点，可以实现双向查找；

单链表进行删除操作必须找到待删除元素的前一个元素，才能完成删除操作。而双向链表就简单多了，只需要找到待删除的节点，进行自我删除；

本节介绍了双向链表的遍历、添加、按顺序添加、更新、删除方法的实现，可以尝试像单链表篇一样，尝试求有效节点数量，以及如何逆序输出双向链表加强练习！

来源：https://blog.csdn.net/m0_60353039/article/details/127494841