数据结构之双向链表和循环链表

1. 双向链表

顾名思义双向链表就是指每个节点都有next指向后驱和prev指向前驱。并且多出了last指针指向尾节点。比如JDK官方的LinedList就是实现的双向链表。

数据结构之双向链表和循环链表_第1张图片
数据结构之双向链表和循环链表_第2张图片

1.1 方法实现

因为双向链表和单向链表中的要实现的方法基本一致,所以这里直接写实现。

1.1.1 环境变量和内部类
  • 环境变量:新增了尾节点last指针
	/**
     * 链表长度
     */
    private int size;

    /**
     * 头节点
     */
    private Node<E> first;

    /**
     * 尾节点
     */
    private Node<E> last;
  • 内部类:新增了prev指针和携带pre参数的构造方法。
	private static class Node<E>{
        E element;
        Node<E> next;
        Node<E> prev;

        public Node(E element){
            this.element = element;
        }

        public Node(E element, Node<E> next){
            this.element = element;
            this.next = next;
        }
        
        public Node(E element, Node<E> next,Node<E> prev){
            this.element = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }

        @Override
        public String toString() {
            return "Node{" +
                    "element=" + element +
                    '}';
        }
    }
1.1.2 node()

针对传入的索引位置来判断是从头找还是从尾找。并且set()get()方法基于node()来实现也不需要修改。

    /**
     * 返回index位置的节点
     * @param index
     * @return
     */
    private Node<E> node(int index){
        rangeCheck(index);
        // 判断传入的index是否大于长度的1/2
        if (index < (size >> 1)){
            Node<E> node = first;
            for (int i = 0; i < index; i++) {
                node = node.next;
            }
            return node;
        }else{
            Node<E> node = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i+--) {
                node = node.next;
            }
            return node;
        }
    }
1.1.3 add()

添加方法除了向头尾节点添加节点之外,只需要找到当前节点即可。
但如果往头尾节点添加时就做出相应的处理。

    /**
     * 添加元素到index位置
     * @param index 位置
     * @param e 元素
     */
    public void add(int index, E e){
        rangeCheckForAdd(index);
        // 往尾节点添加
        if (index == size){
            Node<E> oldLast = last;
            this.last = new Node<E>(e,null, last);
            // 第一次添加时
            if (oldLast == null){
                first = last;
            }else {
                oldLast.next = last;
            }
        }else {
            Node<E> next = node(index);
            // 新节点的前驱是原先当前位置的节点的prev
            // 新节点的后继是原先当前位置的节点
            Node<E> prev = next.prev;
            Node<E> newNode = new Node<E>(e, next, prev);
            next.prev = newNode;

            // 如果往头节点的位置添加,就将新节点作为头节点
            if (prev == null) {
                first = newNode;
            } else {
                prev.next = newNode;
            }
        }
        size++;
    }
1.1.3 remove()

remov方法也是只需要断开节点的前驱和后继的指向即可。

	/**
     * 删除index位置的节点
     * @param index
     * @return
     */
    public E remove(int index){
        rangeCheck(index);
        Node<E> node = node(index);
        Node<E> prev = node.prev;
        Node<E> next = node.next;
        // 只需要关闭当前节点的引用即可:
        // 删除头节点情况:
        if (prev == null){
            first = next;
        }else {
            // 让他前驱节点的next指向他的后驱
            prev.next = next;
        }
        // 删除尾节点:
        if (next == null){
            last = prev;
        }else {
            // 让他后驱节点的prev指向他的前驱
            next.prev = prev;
        }
        size--;
        return node.element;
    }

2. 单向循环链表

向较于普通单向链表,在最后的节点处多出了一个next指向头节点。

数据结构之双向链表和循环链表_第3张图片

2.1 方法实现

这部分代码根据上篇博客中的单向链表进行修改。

2.1.1 add()

由于是循环链表,如果往头节点添加元素,需要找到最后一个节点,将它的next指向新的头节点。

	/**
     * 添加元素到index位置
     * @param index 位置
     * @param e 元素
     */
    public void add(int index, E e){
        rangeCheckForAdd(index);
        if (index == 0){
            Node<E> newFirst = new Node<E>(e,first);

            // 找到最后一个节点
            // 如果链表是空的,就表示第一个节点的next指向自己。
            Node<E> nodeLast = (size == 0) ? newFirst :node(size - 1);
            nodeLast.next = newFirst;
            first = newFirst;
        }else {
            Node<E> prev = node(index - 1);
            prev.next = new Node<E>(e,prev.next);
        }
        size++;
    }

    /**
     * 添加元素到链表尾部
     * @param e
     */
    public void add(E e){
        add(size,e);
    }
2.1.2 remove()
    /**
     * 删除index位置的节点
     * @param index
     * @return
     */
    public E remove(int index){
        rangeCheck(index);
        Node<E> node = first;
        if (index == 0){
            if (size == 1){
                first = null;
            }else {
                Node<E> nodeLast = node(size - 1);
                first = first.next;
                nodeLast.next = first;
            }
        }else {
            Node<E> prev = node(index - 1);
            node = prev.next;
            prev.next = node.next;
        }
        size--;
        return node.element;
    }
2.1.3 toString()

因为是循环链表,永远无法找到next为null的节点,所以需要根据size来遍历。

	@Override
    public String toString() {
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
        stringBuilder.append("LinkedList{list = [");
        Node<E> node = first;
        int i = 0;
        while (i < size){
            stringBuilder.append(node.element);
            if (i != size - 1){
                stringBuilder.append(",");
            }
            node = node.next;
            i++;
        }
        stringBuilder.append("]").append(",size = ").append(size).append("}");
        return stringBuilder.toString();
    }

3. 双向循环链表

双向循环链表,比单向循环链表多出了一条first节点的prev指向last节点。

数据结构之双向链表和循环链表_第4张图片

3.1 方法实现

3.1.1 add()
	/**
     * 添加元素到index位置
     * @param index 位置
     * @param e 元素
     */
    public void add(int index, E e){
        rangeCheckForAdd(index);
        // 往尾节点添加
        if (index == size){
            Node<E> oldLast = last;
            this.last = new Node<E>(e,first, last);
            // 第一次添加时
            if (oldLast == null){
                first = last;
                first.next = first;
                first.prev = first;
            }else {
                oldLast.next = last;
                first.prev = last;
            }
        }else {
            Node<E> next = node(index);
            // 新节点的前驱是原先当前位置的节点的prev
            // 新节点的后继是原先当前位置的节点
            Node<E> prev = next.prev;
            Node<E> newNode = new Node<E>(e, next, prev);
            next.prev = newNode;
            prev.next = newNode;
            // 如果往头节点的位置添加,就将新节点作为头节点
            if (index == 0) {
                first = newNode;
            }
        }
        size++;
    }
3.1.2 remove()
    /**
     * 删除index位置的节点
     * @param index
     * @return
     */
    public E remove(int index){
        rangeCheck(index);
        Node<E> node = first;
        E ele = node.element;
        if (size == 1){
            first = null;
            last = null;
        }else {
            node = node(index);
            ele = node.element;
            Node<E> prev = node.prev;
            Node<E> next = node.next;
            // 只需要关闭当前节点的引用即可:
            prev.next = next;
            next.prev = prev;
            // 删除头节点情况:
            if (index == 0) {
                first = next;
            }
            // 删除尾节点:
            if (index == size - 1) {
                last = prev;
            }
        }
        size--;
        return ele;
    }
3.1.3 toString()
	@Override
    public String toString() {
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
        stringBuilder.append("LinkedList{list = [");
        Node<E> node = first;
        int i = 0;
        while (i < size){
            stringBuilder.append(node.element);
            if (i != size - 1){
                stringBuilder.append(",");
            }
            node = node.next;
            i++;
        }
        stringBuilder.append("]").append(",size = ").append(size).append("}");
        return stringBuilder.toString();
    }

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