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数据结构：双向链表各种操作的图解（表头插入、表尾插入、任意位置插入、查询节点、删除节点、查找链表长度......）。...)

最编程 2024-06-11 13:17:45
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前言：在上一篇文章中，我们认识了链表中的单链表，而本篇文章则是介绍线链表中的另一个结构双向链表，有兴趣的朋友们可以点击了解：图文详解单链表的各种操作


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一.双向链表的概念

双向链表（Doubly Linked List）是一种数据结构，它与单向链表相似，但每个节点不仅包含指向下一个节点的指针，还包含指向上一个节点的指针。


双向链表的每个节点通常包含以下两个指针：


  • prev：指向上一个节点
  • next：指向下一个节点

通过这两个指针，可以在双向链表中沿着两个方向遍历。


相比于单向链表，双向链表能够更方便地进行插入和删除操作。因为每个节点包含指向前一个节点的指针，所以在删除或插入一个节点时，只需要修改该节点前后节点的指针即可。而在单向链表中，则需要在删除或插入节点时，找到该节点的前一个节点，以便进行指针修改，显得相对麻烦。


二.双向链表的数据结构

双向俩表有俩个指针，分别存放前驱节点的地址和后继节点的地址，如图所示


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对于其中每一个节点，我们可以如下存储

    public class Node{
        public int data;
        public Node prev;
        public Node next;
        //构造方法，给每个节点赋值
        public Node(int data) {
            this.data = data;
        }
    }

 

而我们的链表则是需要将所有的节点封装起来，放进一个数据结构中，因此将刚才定义的节点类作为链表的内部类即可，而链表又需要实现各种各样的功能，我们可以将所有的链表的功能抽象出一个接口，然后通过链表去具体的实现那些功能

public class MyLinkList implements Ilst{
    //节点的数据结构
    public class Node{
        public int data;
        public Node prev;
        public Node next;
        //构造方法
        public Node(int data) {
            this.data = data;
        }
    }
    public Node head;//头节点
    public Node last;//尾节点
}


接口：

public interface Ilst {
    //头插法
    public void addFirst(int data);
    //尾插法
    public void addLast(int data);
    //任意位置插入
    public void addIndex(int index,int data);
    //查找是否包含关键字key是否在链表当中
    public boolean contains(int key);
    //删除第一次出现关键字为key的节点
    public void remove(int key);
    //删除所有值为key的节点
    public void removeAllKey(int key);
    //得到链表的长度
    public int size();
    //展示链表
    public void display();
    //清空链表
    public void clear();
}



三.双向链表的实现

节点的插入

节点的插入分为三种情况，一是在链表最前面进行插入也就是头插法，二是在链表末尾进行插入，也就是尾插法，三是在链表中间位置插入


头插法

如图所示有一个新的节点，我们需要将其插入头节点的位置


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第一步：将目标节点的后继指针指向头节点位置的节点


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第二步，将头节点的前驱指针指向目标节点



在使用代码具体实现的时候，需要对异常做出判断，假如头节点为空，也就是链表里面没有节点的时候，我们就直接让我们要新加的节点既是头节点，又是尾节点；在做出异常处理后，我们就可以按照刚才图示的过程进行头插了，但是需要注意的是，在完成头插后需要更新头节点的位置 

    @Override//头插法
    public void addFirst(int data) {
        Node newNode = new Node(data);
        if (head == null){
            head = newNode;
            last = newNode;
        }else {
            newNode.next = head;
            head.prev = newNode;
            //更新头节点
            head = newNode;
        }
    }

 

尾插法

如图所示有一个新的节点，我们需要将其插入链表的末尾



第一步：将目标节点的前驱指针指向尾部节点



第二步：将尾部节点的后继指针指向目标节点



在使用代码具体实现的时候，需要对异常做出判断，假如头节点为空，也就是链表里面没有节点的时候，我们就直接让我们要新加的节点既是头节点，又是尾节点；在做出异常处理后，我们就可以按照刚才图示的过程进行尾插了，但是需要注意的是，在完成头插后需要更新尾部节点的位置

    @Override//尾插法
    public void addLast(int data) {
        Node newNode =  new Node(data);
        if (head == null){
            head = newNode;
            last = newNode;
        }else {
            newNode.prev = last;
            last.next = newNode;
            //更新尾部节点
            last = newNode;
        }
    }


任意位置插入

如图，假如想让新节点插入第三个节点的位置，该如何做呢？



第一步：先将目标节点的后继指针指向要插入节点的后一个节点


第二步：将目标节点的前驱指针指向插入节点


第三步：将插入节点的后继指针指向目标节点



第四步：将插入节点的后一个节点的前驱指针指向目标节点



对于节点的插入，最难的一点便是这4个步骤的顺序，顺序不是一成不变也不必死背，只需要记住一个原则——保证链表不断，在这个原则的基础上进行操作就不会出现问题了，也就是说在我们插入的时候，不要因为先去处理前面的节点导致找不到后面的节点就可以，因此我们在对链表进行插入操作的时候，一般都习惯先对后面的节点进行操作。


对于输入的位置我们要进行合法性的判断，如果在最前面就刚好使用头插法，如果是最后面就使用尾插法，之后遍历找到我们要插入的位置

    @Override//任意位置插入
    public void addIndex(int index, int data) {
        //对输入位置进行判断
        if (index < 0 || index > size()) {
            System.out.println("输入位置不合法");
            return;
        }
        if (index == 0) {
            //如果插入位置在最前面就使用头插
            addFirst(data);
            return;
        }
        if (index == size()) {//这里的size方法在后文中有定义
            //如果插入位置在最后面就使用尾插
            addLast(data);
            return;
        }
        //在中间插入
        Node newNode = new Node(data);
        //找到要插入的位置
        Node cur = head;
        while (index != 1) {
            cur = cur.next;
            index--;
        }
        //将新节点插入到cur之前
        newNode.next = cur;
        newNode.prev = cur.prev;
        cur.prev.next = newNode;
        cur.prev = newNode;
//        //将新节点插入到cur之后
//        newNode.next = cur.next;
//        newNode.prev = cur;
//        cur.next = newNode;
//        newNode.next.prev =

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