js数据结构与算法--双向链表的实现

双向链表也叫双链表，是链表的一种，它的每个数据节点中都有两个指针，分别指向直接后继和直接前驱。所以，双向链表中的任意一个节点开始，都可以很方便的访问它的前驱节点和后继节点。

双向链表的实现

linkednode.js ,里面使用了类的继承extends，使用了super函数。

/**

 * 链表节点，链表中的项，链表中的节点

 */

export class Node {

  constructor(element, next = null) {

    this.element = element // 链表中节点的值

    this.next = next // 指向列表中下一个节点项的指针

  }

}

export class DoublyNode extends Node {

  constructor(element, next = null, prev = null) {

    super(element, next)

    this.prev = prev

  }

}

doublyLinkedList.js 双向链表类，实现了各个功能，功能说明，都在代码注释中

import {

  DoublyNode

} from './linkednode'

/**

 * 双向链表类

 */

export class DoublyLinkedList {

  constructor() {

    /**

     * 链表长度

     */

    this.length = 0

    /**

     * 头指针

     */

    this.head = null

    /**

     * 尾指针

     */

    this.tail = null

  }

  /**

   * 在链表末尾添加元素

   * @param {*} element 需要插入的元素

   */

  append(element) {

    let node = new DoublyNode(element)

    if (!this.head) {

      this.head = node

      this.tail = node

    } else {

      this.tail.next = node

      node.prev = this.tail

      this.tail = node

    }

    this.length++

      return true

  }

  /**

   * 在任意位置插入元素

   * @param {Int32Array} position 指定位子

   * @param {*} element 需要插入的元素

   */

  insert(position, element) {

    // 检查越界值

    if (position >= 0 && position <= this.length) {

      // 实例化一个双向链表的节点

      let node = new DoublyNode(element)

      // 赋初始值

      let current = this.head

      let previous

      let index = 0 // 位置索引

      if (position === 0) { // 在第一个位子添加

        if (!this.head) { // 链表无数据的时候，将head和tail都指向新元素

          this.head = node

          this.tail = node

        } else { // 链表有数据的时候, head node current

          node.next = current

          current.prev = node

          this.head = node

        }

      } else if (position === this.length) { // 添加到最后一项 current node

        current = this.tail

        current.next = node

        node.prev = current

        this.tail = node

      } else { // 在列表中间位置添加

        // 新链表的节点原型是： previous <---> node <---> current

        while (index++ < position) { // 位置索引递增到指定点之前，找出前后两个节点

          previous = current // 当前节点设置为新链表中要插入的节点的前一个元素。

          current = current.next // 当前节点之后的元素设置为新链表中要插入的节点的当前元素

        }

        node.next = current

        previous.next = node

        current.prev = node

        node.prev = previous

      }

      this.length++ // 更新列表的长度

      return true

    } else {

      return false

    }

  }

  /**

   * 在任意位置插入元素

   * 在链表头，在链表尾，在链表前半段，在链表后半段

   * @param {Int32Array} position 指定位置

   * @param {*} element 需要插入的元素

   */

  insert_up(position, element) {

    let node = new DoublyNode(element)

    let previous

    let current = this.head

    if (position > -1 && position <= this.length) {

      if (position === 0) {

        if (!this.head) {

          this.head = node

          this.tail = node

        } else {

          node.next = current

          current.prev = node

          this.head = node

        }

      } else if (position === this.length) {

        current = this.tail

        current.next = node

        node.prev = current

        this.tail = node

      } else if (position < this.length / 2) { // 目标在链表前半段

        let index = 0

        // 0 1 2 [] 3 4 5 

        while (index++ < position) {

          previous = current

          current = current.next

        }

        previous.next = node

        node.next = current

        node.prev = previous

        current.prev = node

      } else { // 目标在链表的后半段

        // 0 1 2 3 4 | 5 6 [] 7 8 9

        let index = this.length

        current = this.tail

        while (index-- > position) {

          previous = current.prev

          current = current

        }

        previous.next = node

        node.next = current

        node.prev = previous

        current.prev = node

      }

      this.length++

        return true

    } else {

      // 如果超出范围，直接添加到链表末尾

      let current = this.tail

      current.next = node

      node.prev = current

      this.tail = node

      this.length++

        return true

    }

  }

  /**

   * 从任意位置移除元素,返回移除的元素

   * 从头部，从尾部，从链表的前半段，从链表的后半段

   * @param {*} position 位置索引

   */

  removeAt(position) {

    let current = this.head // 当前项

    let previous // 前一项

    let index = 0 // 索引

    // 越界检查

    if (position > -1 && position < this.length) {

      if (position === 0) { // 第一项

        this.head = current.next

        // 如果是最后一项要删除，将tail置为null，此时head也为null

        // 如果非最后一项，则将this.head.prev置为null 

        if (this.length === 1) { // 只有一项的情况，更新tail

          this.tail = null

        } else {

          this.head.prev = null // 将首项的prev置空 或者 current.next.prev = null 

        }

      } else if (position === this.length - 1) { // 最后一项

        current = this.tail

        previous = current.prev

        this.tail = previous

        this.tail.next = null

      } else if (position <= this.length / 2) { // 索引在链表前半段,分开计算，提升性能

        while (index++ < position) {

          previous = current

          current = current.next

        }

        // 将previous与current下一项连起来---跳过current

        previous.next = current.next

        current.next.prev = previous

      } else { // 索引在链表后半段

        index = this.length - 1

        current = this.tail

        while (index-- > position) {

          previous = current

          current = current.prev

        }

        // 将previous与current的上一项连起来--跳过current

        previous.prev = current.prev

        current.prev.next = previous

      }

      this.length--

        return current.element

    } else {

      // 超出链表安全长度，链表有数据，则删除末尾元素

      if (typeof position === 'number' && this.length > 0) {

        let current = this.tail

        this.tail = current.prev

        this.tail.next = null

        this.length--

          return current.element

      } else {

        return null

      }

    }

  }

  /**

   * 从列表中移除一项

   * 先找出元素的索引项，再根据索引移除元素

   * @param {*} element 列表中的元素

   */

  remove(element) {

    let index = this.indexOf(element)

    return this.removeAt(index)

  }

  /**

   * 返回元素在列表中的索引。如果列表中没有该元素则返回-1

   * @param {*} element 元素

   */

  indexOf(element) {

    let current = this.head

    let index = 0 // 计算位置数

    while (current) {

      if (element === current.element) {

        return index

      }

      index++

      current = current.next

    }

    return -1

  }

  /**

   * 判断是否为空链表

   * 空链表返回true，非空(链表长度大于0)返回false

   */

  isEmpty() {

    return this.size() === 0

  }

  /**

   * 返回链表包含的元素个数。与数组的length属性类似

   */

  size() {

    return this.length

  }

  /**

   * 获取链表的表头节点

   */

  getHead() {

    return this.head

  }

  /**

   * 获取链表的尾节点

   */

  getTail() {

    return this.tail

  }

  /**

   * 输出元素的值

   */

  toString() {

    let current = this.head

    let string = 'null'

    while (current) {

      string += "<--->" + current.element + (current.next ? '' : '<--->null')

      current = current.next

    }

    return string

  }

}

以上方法，经过JEST框架测试通过，欢迎查看源码

思考

双向链表与单项链表的比较：

1. 双向链表可以双向遍历。从头到尾，或者从尾到头

2. 双向链表可以访问一个特定节点的下一个或者前一个元素，而单链表只能访问下一个元素。

3. 双向链表内存占用比单链表的多

链表还有一个双向循环链表，在需要用到的时候，考虑它们各自的不同，选择合适的链表来操作。