Java中双向链表的代码实现

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]