【Java数据结构】链表(Linked List)-双向链表

双向链表（Linked List）是一种常用的数据结构，它允许在所有节点中快速添加或删除元素，并且可以有效地实现反向遍历。本篇文章将介绍双向链表的基础知识，并提供使用Java语言实现该数据结构的示例代码。

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一、双向链表的基础知识

一个双向链表由多个节点组成，每个节点包含两个指针，分别指向前驱节点和后继节点。首节点的前驱节点为null，尾节点的后继节点为null。

下面是一个示意图：

null <- A <-> B <-> C <-> D -> null

 上述图中，A为首节点，D为尾节点。每个节点都有一个值域（value），这个值域可以存储任意类型的数据。在双向链表中，我们通常只需要保存首节点的引用，即可轻松访问整个链表。

二、双向链表的操作

• 添加节点

为了在链表中添加新节点，我们需要指定插入节点的位置。假设我们要在节点B之后插入一个新节点E，则需要进行以下操作：

1. 创建一个新节点E，并将其值域设置为目标元素。
2. 将新节点E的前驱指针指向节点B，将新节点E的后继指针指向节点C。
3. 将节点B的后继指针指向新节点E，将节点C的前驱指针指向新节点E。

下面是上述操作的示意图：

null <- A <-> B <-> E <-> C <-> D -> null

• 删除节点

要从双向链表中删除节点，我们需要知道目标节点的位置。假设我们要删除节点C，则需要进行以下操作：

1. 将节点C的前驱节点（即节点B）的后继指针指向节点D。
2. 将节点D的前驱指针指向节点B。

下面是上述操作的示意图：

null <- A <-> B <-> E <-> D -> null

• 遍历节点

由于双向链表中每个节点都有一个指向后继节点和前驱节点的引用，因此可以非常容易地实现正向和反向遍历。

下面是一个遍历链表并打印所有元素值的示例代码：

public class DoublyLinkedList {
    private Node head;
    private Node tail;

    private static class Node {
        private T data;
        private Node prev;
        private Node next;

        public Node(T data) {
            this.data = data;
            this.prev = null;
            this.next = null;
        }
    }

    public void addFirst(T data) {
        Node newNode = new Node<>(data);
        if (head == null) {
            head = newNode;
            tail = newNode;
        } else {
            head.prev = newNode;
            newNode.next = head;
            head = newNode;
        }
    }

    public void addLast(T data) {
        Node newNode = new Node<>(data);
        if (tail == null) {
            head = newNode;
            tail = newNode;
        } else {
            tail.next = newNode;
            newNode.prev = tail;
            tail = newNode;
        }
    }

    public void removeFirst() {
        if (head == null) {
            throw new NoSuchElementException();
        } else if (head == tail) {
            head = null;
            tail = null;
        } else {
            head.next.prev = null;
            head = head.next;
        }
    }

    public void removeLast() {
        if (tail == null) {
            throw new NoSuchElementException();
        } else if (head == tail) {
            head = null;
            tail = null;
        } else {
            tail.prev.next = null;
            tail = tail.prev;
        }
    }

    /**
    *为了实现反向遍历，我们只需要替换current.next为current.prev，同时从尾节点开始遍历即可。
    */
    public void traverse() {
        Node current = head;
        while (current != null) {
            System.out.print(current.data + " ");
            current = current.next;
        }
        System.out.println();
    }
}

上述实现定义了一个 DoublyLinkedList 类，其中包含一个嵌套的 Node 类，用于表示双向链表中的节点。通过 addFirst 和 addLast 方法可以在链表的头部和尾部添加元素，通过 removeFirst 和 removeLast 方法可以删除链表中的第一个和最后一个元素。traverse方法用于遍历链表并打印所有元素值