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
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();
}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);
}
}