【JAVA】双向链表详解

双向链表的定义

LinkedList的底层是双向链表结构(链表后面介绍)，由于链表没有将元素存储在连续的空间中，元素存储在单独的节点中，然后通过引用将节点连接起来了，因此在在任意位置插入或者删除元素时，不需要搬移元素，效率比较高。

每个数据节点都有两个指针，指向前驱和后继，所以，双向链表中的任意一个节点开始，都可以十分方便找到前驱节点和后继节点。

双向链表的初步实现（准备）

static class ListNode{
        private int val;//值
        private ListNode prev;//前驱
        private ListNode next;//后继

        public ListNode(int val){
            this.val=val;
        }
    }

    public ListNode head;//双向链表的头节点
    public ListNode last;//双向链表的尾节点

双向链表的操作

一. 打印链表

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

二. 得到链表长度

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

三. 插入操作

3.1 头插法

当我们想把新的结点插入到第一个结点位置处，可以先建立一个结点，然后把头结点的prev变为我们新建立结点的next值，然后将我们新建立的结点值变为null，最后将头结点指向新的插入的结点。

注意: 我们需要首先判断这个链表是否为空，假如为空就直接构建链表即可。

public void addFirst(int data) {
        ListNode node = new ListNode(data);
        //链表为空时
        if (head == null) {
            head = node;
            last = node;
        }
        //有头指针，不为空
        else {
            node.next = head;
            head.prev = node;
            head = node;
        }
    }

3.2 尾插法

尾插法顾名思义就是从结尾插入新的结点，这个和头插法过程差不多，只不过一个是改变head的位置，一个是改变last的位置。

和头插法一样，这个同样需要判断链表是否初始为空。

public void addLast(int data){
        ListNode node=new ListNode(data);
        //当链表为空
        if(head==null){
            head=node;
            last=node;
        }
        //有头指针，不为空
        else{
            last.next=node;
            node.prev=last;
            last=last.next;
        }
    }

3.3 任意位置插入

• 这个是最复杂的一种插入方式，我们需要先找到需要插入位置的结点cur，然后利用cur就可以得出前后两个结点，直接插入即可。
• 首先我们建立一个方法来查找cur的位置，一个返回值为结点的元素。
• 注意插入的先后顺序。

public void addIndex(int index,int data){
        //为头插
        if(index==0){
            addFirst(data);
            return;
        }
        //为尾插
        if(index==size()){
            addLast(data);
            return;
        }
        //任意位置插入
        ListNode cur=searchIndex(index);//找要插入的位置
        ListNode node=new ListNode(data);
        node.next=cur;
        cur.prev.next=node;
        node.prev=cur.prev;
        cur.prev=node;
    }
    public ListNode searchIndex(int index){
        ListNode cur=head;
        while(index!=0){
            cur=cur.next;
            index--;
        }
        return cur;
    }

四. 删除操作

4.1 删除第一次出现为key的节点（3种情况）

假如是头结点的话我们还需要判断这个链表是否只有一个结点，如果是那么last指针也会为空，head指针也会为空，否则，我们只移动头指针结点就可以。

//删除第一次出现关键字key的节点，一共三种情况
    public void remove(int key){
        ListNode cur = head;
        while (cur != null) {
            if(cur.val == key) {
                //1.当删除头节点
                if(cur == head) {
                    head = head.next;
                    //1.1当头指针不为空时
                    if(head != null) {
                        //考虑只有一个节点的情况下
                        head.prev = null;
                    }else {
                        //1.2头指针为空时
                        last = null;
                    }
                }else {
                    //2.删除中间节点 和  3.尾巴节点
                    if(cur.next != null) {
                        //删除中间节点
                        cur.prev.next = cur.next;
                        cur.next.prev = cur.prev;
                    }else {
                        //尾巴节点
                        cur.prev.next = cur.next;
                        last = last.prev;
                    }
                }
                return;
            }else {
                cur = cur.next;
            }
        }
    }

4.2 删除所以值为key的节点(3种情况）

//删除所以值为key的节点
    public void removeAllKey(int key){
        ListNode cur = head;
        while (cur != null) {
            if(cur.val == key) {
                //删除头节点
                if(cur == head) {
                    head = head.next;
                    if(head != null) {
                        //考虑只有一个节点的情况下
                        head.prev = null;
                    }else {
                        last = null;
                    }
                }else {
                    //删除中间节点 和  尾巴节点
                    if(cur.next != null) {
                        //删除中间节点
                        cur.prev.next = cur.next;
                        cur.next.prev = cur.prev;
                    }else {
                        //尾巴节点
                        cur.prev.next = cur.next;
                        last = last.prev;
                    }
                }
                cur=cur.next;
            }else {
                cur = cur.next;
            }
        }
    }

五. 清空双向链表

public void clear(){
        ListNode cur=head;
        while(cur!=null){
            ListNode curNext=cur.next;//保存cur.next。
            cur.prev=null;
            cur.next=null;
            cur=curNext;
        }
        //最后置空
        head=null;
        last=null;
    }

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