数据结构模拟实现LinkedList双向不循环链表

目录

一、双向不循环链表的概念

二、链表的接口

三、链表的方法实现

（1）display方法

（2）size方法

（3）contains方法

（4）addFirst方法

（5）addLast方法

（6）addIndex方法

（7）remove方法

（8）removeAllKey方法

（9）clear方法

四、最终代码

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一、双向不循环链表的概念

双向不循环链表中的节点有三个域，一个是存储数据的val域，一个是前驱prev域，还有一个是下个节点next域，和单向不同的就是多了一个前驱域。如图：

定义一个MyLinkedList类，这个类包含要模拟实现的方法，还有一个内部类ListNode，这个内部类就是链表的节点，代码如下：

public class MyLinkedList implements Ilist{
    public ListNode head;//头结点
    public ListNode last;//尾结点

    static class ListNode {
        int val;
        ListNode next;
        ListNode prev;
        public ListNode(int val) {
            this.val = val;
        }
    }
}

---

二、链表的接口

代码如下：

public interface Ilist {
    //头插法
    void addFirst(int data);
    //尾插法
    void addLast(int data);
    //任意位置插入,第一个数据节点为0号下标
    void addIndex(int index,int data);
    //查找是否包含关键字key是否在单链表当中
    boolean contains(int key);
    //删除第一次出现关键字为key的节点
    void remove(int key);
    //删除所有值为key的节点
    void removeAllKey(int key);
    //得到单链表的长度
    int size();
    void clear();
    void display();
}

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三、链表的方法实现

（1）display方法

此方法是打印所有链表节点的val值，因此要遍历一遍链表的节点。代码如下：

    public void display() {
        ListNode cur = this.head;
        while (cur != null) {
            System.out.print(cur.val + " ");
            cur = cur.next;
        }
        System.out.println();
    }

（2）size方法

此方法计算链表中有多少个节点，所以也要遍历一遍链表，代码如下：

    public int size() {
        ListNode cur = this.head;
        int count = 0;
        while (cur != null) {
            count++;
            cur = cur.next;
        }
        return count;
    }

（3）contains方法

此方法查看是否有key值，有就返回true，没有就返回false，所以也要遍历一遍链表，代码如下：

    public int size() {
        ListNode cur = this.head;
        int count = 0;
        while (cur != null) {
            count++;
            cur = cur.next;
        }
        return count;
    }

（4）addFirst方法

此方法是头插方法，参数是链表的val域的值，所以调用此方法时，要创建一个节点，再把这个节点进行头插；头插时，要修改要插入节点的next域，指向原来的头结点，还有原来头结点的prev域，指向要插入的节点，最后再把头结点改为要插入的这个节点，如图：绿色箭头是修改指向

因为是新建的节点，所以这个节点的prev和next域都是null

修改完后，如图：

代码如下：

    public void addFirst(int data) {
        ListNode cur = new ListNode(data);
        if(this.head == null) {
            this.head = cur;
            this.last = cur;
        } else {
            cur.next = this.head;
            this.head.prev = cur;
            this.head = cur;
        }
    }

执行效果如下：

（5）addLast方法

此方法是尾插法，这里的尾插法时间复杂度是O(1)，因为双向链表有一个记录尾结点的last，所以尾插的时候直接在尾结点插入要插入的节点，修改原来的尾结点的next域，要插入的节点prev修改成原来的尾结点，最后再把尾结点last修改成插入的节点，代码如下：

    public void addLast(int data) {
        ListNode cur = new ListNode(data);
        if(last == null) {
            head = cur;
            last = cur;
        } else {
            last.next = cur;
            cur.prev = last;
            last = cur;
        }
    }

执行效果如下：

（6）addIndex方法

此方法是在指定位置插入节点，第一要检查要插入位置的index下标是否合法，不合法就抛异常，这里定义第一个节点下标为0，第二个节点下标为1，依次类推，如果要插入位置的下标是0，就是头插，如果要插入位置的下标是链表长度（size方法），就是尾插；

要插入的位置在链表中间，我们要找出指定位置的前一个节点，修改前一个节点的next域，修改成要插入的节点，还有指定位置原来的节点的prev域也要修改，修改成要插入的节点。代码如下：

    public void addIndex(int index, int data) {
        //检查下标是否合法
        if(index < 0 || index > size()) {
            throw new IndexException("下标不合法");
        }
        if(index == 0) {
            addFirst(data);
            return;
        }
        if (index == size()) {
            addLast(data);
            return;
        }
        ListNode cur = new ListNode(data);
        ListNode prev = this.head;
        int count = 0;
        while (count < index - 1) {
            prev = prev.next;
            count++;
        }
        ListNode prevNext = prev.next;
        prev.next = cur;
        cur.prev = prev;
        cur.next = prevNext;
        prevNext.prev = cur;
    }
//自定义异常类
public class IndexException extends RuntimeException{
    public IndexException(String e) {
        super(e);
    }
}

执行效果如下：

（7）remove方法

此方法是移除第一个值为key的链表节点的方法，参数是就是key；要移除某一个节点，就要从头遍历一遍链表，如果没找到key值，就直接返回，不做任何操作；

这里要提前处理一些特殊情况，如果头结点的val值就是key，就要把head放在head的next域，然后判断这时候head是不是空，如果head不是空，head的prev就要修改成空，如果head是空，就要把last设为空，直接返回。

如果找到了，就要找要删除节点的前一个节点，这里会分两种情况，一种是要删除的节点后面没有节点了（尾结点），这时我们把要删除节点的前一个节点的next域改成null，last改成前一个节点；如果要删除的节点后面有节点，就要把前一个节点的next域改成要删除的节点的next，后一个的prev域改成前一个节点，代码如下：

    public void remove(int key) {
        if(head == null) {
            return;
        }
        if(head.val == key) {
            head = head.next;
            if(head != null) {
                head.prev = null;
            } else {
                last = null;
                return;
            }
        }
        ListNode prev = findPrev(key);
        if(prev == null) {
            //没有要删的元素
            return;
        }
        ListNode cur = prev.next;
        if(cur.next != null) {
            prev.next = cur.next;
            cur.next.prev = cur.prev;
        } else {
            //最后一个元素
            prev.next = cur.next;//null
            last = prev;
        }
    }
    //找到要删除节点的前一个节点
    private ListNode findPrev(int key) {
        ListNode cur = this.head;
        ListNode curNext = cur.next;
        while (curNext != null) {
            if(curNext.val != key) {
                cur = cur.next;
                curNext = curNext.next;
            } else {
                return cur;
            }
        }
        return null;
    }

执行效果如下：

（8）removeAllKey方法

此方法是删除所有节点的val值为key的方法，所以，我们要遍历一遍链表，如果head为空的话，就直接返回，不做任何操作；

我们定义prev是头结点，cur是头结点的next节点（要删除的节点），从头到尾遍历的是cur，如果cur的val值不等于key，prev和cur都要往后走一步；如果cur的val值等于key，会分成两种情况，就是cur后面是有没有节点，如果后面有节点，prev节点的next域就要改成cur的next，cur的下一个节点的prev域要改成prev，然后cur往后走一步；如果cur后面的节点为空，就直接把prev节点的next域改成空，把last改成prev，cur还要往后走一步结束循环。

最后不要忘了头结点还没有判断，要判断头结点的val值是否和key相等，如果不相等就不做任何操作，相等就把头结点head改成头结点的next，此时的头结点的prev改成null，注意，这里修改头结点的prev，要头结点head不为空，才能执行上面的操作，不然会空指针异常。

    public void removeAllKey(int key) {
        if(head == null) {
            return;
        }
        ListNode prev = this.head;
        ListNode cur = this.head.next;
        while (cur != null) {
            if(cur.val == key) {
                if(cur.next != null) {
                    prev.next = cur.next;
                    cur.next.prev = prev;
                } else {
                    prev.next = cur.next;//null
                    last = prev;
                }
                cur = cur.next;
            } else {
                prev = prev.next;
                cur = cur.next;
            }
        }
        if(head.val == key) {
            head = head.next;
            if(head != null) {
                head.prev = null;
            }
        }
    }

执行效果如下：

（9）clear方法

此方法是把链表中的所有节点中所有域都置为空，所以要遍历一遍链表，把节点prev和next域改为null，因为这里的val域类型是int，所以不用修改val域，代码如下：

    public void clear() {
        ListNode cur = this.head;
        while (cur != null) {
            ListNode curNext = cur.next;
            cur.next = null;
            cur.prev = null;
            cur = curNext;
        }
        head = null;
        last = null;
    }

执行效果如下：

---

四、最终代码

public class MyLinkedList implements Ilist{
    public ListNode head;//头结点
    public ListNode last;//尾结点

    static class ListNode {
        int val;
        ListNode next;
        ListNode prev;
        public ListNode(int val) {
            this.val = val;
        }
    }

    @Override
    public void addFirst(int data) {
        ListNode cur = new ListNode(data);
        if(this.head == null) {
            this.head = cur;
            this.last = cur;
        } else {
            cur.next = this.head;
            this.head.prev = cur;
            this.head = cur;
        }
    }

    @Override
    public void addLast(int data) {
        ListNode cur = new ListNode(data);
        if(last == null) {
            head = cur;
            last = cur;
        } else {
            last.next = cur;
            cur.prev = last;
            last = cur;
        }
    }

    @Override
    public void addIndex(int index, int data) {
        //检查下标是否合法
        if(index < 0 || index > size()) {
            throw new IndexException("下标不合法");
        }
        if(index == 0) {
            addFirst(data);
            return;
        }
        if (index == size()) {
            addLast(data);
            return;
        }
        ListNode cur = new ListNode(data);
        ListNode prev = this.head;
        int count = 0;
        while (count < index - 1) {
            prev = prev.next;
            count++;
        }
        ListNode prevNext = prev.next;
        prev.next = cur;
        cur.prev = prev;
        cur.next = prevNext;
        prevNext.prev = cur;
    }

    @Override
    public boolean contains(int key) {
        ListNode cur = this.head;
        while (cur != null) {
            if(cur.val == key) {
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }

    @Override
    public void remove(int key) {
        if(head == null) {
            return;
        }
        if(head.val == key) {
            head = head.next;
            if(head != null) {
                head.prev = null;
            } else {
                last = null;
                return;
            }
        }
        ListNode prev = findPrev(key);
        if(prev == null) {
            //没有要删的元素
            return;
        }
        ListNode cur = prev.next;
        if(cur.next != null) {
            prev.next = cur.next;
            cur.next.prev = cur.prev;
        } else {
            //最后一个元素
            prev.next = cur.next;//null
            last = prev;
        }
    }

    private ListNode findPrev(int key) {
        ListNode cur = this.head;
        ListNode curNext = cur.next;
        while (curNext != null) {
            if(curNext.val != key) {
                cur = cur.next;
                curNext = curNext.next;
            } else {
                return cur;
            }
        }
        return null;
    }

    @Override
    public void removeAllKey(int key) {
        if(head == null) {
            return;
        }
        ListNode prev = this.head;
        ListNode cur = this.head.next;
        while (cur != null) {
            if(cur.val == key) {
                if(cur.next != null) {
                    prev.next = cur.next;
                    cur.next.prev = prev;
                } else {
                    prev.next = cur.next;//null
                    last = prev;
                }
                cur = cur.next;
            } else {
                prev = prev.next;
                cur = cur.next;
            }
        }
        if(head.val == key) {
            head = head.next;
            if(head != null) {
                head.prev = null;
            }
        }
    }

    @Override
    public int size() {
        ListNode cur = this.head;
        int count = 0;
        while (cur != null) {
            count++;
            cur = cur.next;
        }
        return count;
    }

    @Override
    public void clear() {
        ListNode cur = this.head;
        while (cur != null) {
            ListNode curNext = cur.next;
            cur.next = null;
            cur.prev = null;
            cur = curNext;
        }
        head = null;
        last = null;
    }

    @Override
    public void display() {
        ListNode cur = this.head;
        while (cur != null) {
            System.out.print(cur.val + " ");
            cur = cur.next;
        }
        System.out.println();
    }
}

//自定义异常类
public class IndexException extends RuntimeException{
    public IndexException(String e) {
        super(e);
    }
}

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