数据结构与算法（三）：双向链表

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一、双向链表

双向链表与单链表基本相似，但是最大的区别在于双向链表在节点中除了指向下一节点的next指针外，还有指向前一节点的prev指针，这使得双向链表在可以在任意节点从头尾两个方向进行遍历，是“双向”的。

和单链表相比，双向链表在删除和查询等方面明显在操作上更具有灵活性，但是会消耗更多的内存，需要根据使用条件进行取舍。

java中的LinkedHashMap的本质即是一个双向链表。

二、双向链表的简单实现

修改原来的Node类，在里面添加一个新成员变量Node prev

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/**
 * @Author：huang
 * @Date：2020-06-20 10:19
 * @Description：节点类
 */
public class Node {

    //节点序号
    int num;

    //数据
    Object data;

    //下一个节点
    Node next;

    //上一节点
    Node prev;

    public Node(int num, Object data) {
        this.num = num;
        this.data = data;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Node{" +
            "num=" + num +
            ", data=" + data +
            '}';
    }
}

1.添加

添加与单向链表代码逻辑一样，但是新节点在添加时需要修改prev指针指向原来的尾节点。

举个例子，对于无排序插入，原本有节点A，现在要插入一个B：

  1. 找到A，然后让A.next指向B
  2. 让B.prev指向A

而对于排序插入，就是原有节点A，C，要在中间插入B：

  1. 找到A，让B.prev指向A
  2. 让B.next指向A.next，也就是让B的next指向C
  3. 让A.next.prev指向B，也就是让C的prev指向B
  4. 让A.next指向B
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/**
 * 添加节点到链表
 * @param node 要插入的节点
 */
public void add(Node node) {
    Node temp = head;
    //遍历链表
    while (true) {
        if (temp.next == null) {
            break;
        }
        //不是尾节点就继续遍历下一个节点
        temp = temp.next;
    }
    //将尾节点指向即将插入的新节点
    temp.next = node;
    node.prev = temp;
}

/**
 * 按顺序添加节点到链表
 * @param node 要插入的节点
 */
public void addByOrder(Node node) {
    Node temp = head;
    //遍历链表
    while (true) {
        //如果链表到底了就直接插入
        if (temp.next == null) {
            temp.next = node;
            node.prev = temp;
            return;
        }
        else if (temp.next.num > node.num){
            //如果后一节点比当新节点大，就插入当前节点
            node.prev = temp;
            node.next = temp.next;

            temp.next.prev = node;
            temp.next = node;
            return;
        }else if (temp.next.num == node.num){
            //如果后一节点等于新节点，抛异常
            throw new RuntimeException("插入节点与已有节点序号重复！");
        }
        //如果后一节点比当前节点小，就继续遍历
        temp = temp.next;
    }
}

2.删除

由于相对单链表，双向链表的节点可以自己找到上一节点，所以删除的时候可以直接找到要删除的节点进行操作。

举个例子，假设有节点A，B，C，现在要删除B：

  1. 找到B，让B.prev.next=B.next，也就是让A的next指向C
  2. 让B.next.prev=B.prev，也就是让C的prev指向A

如果要删除的节点已经是尾节点了，那就跟单链表一样了。

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/**
 * 删除节点
 * @param num 要删除的节点编号
 */
public void delete(int num) {
    Node temp = head;
    //判断链表是否为空
    if (temp.next == null) {
        throw new RuntimeException("链表为空！");
    }
    //遍历链表
    while (true) {
        //如果链表到底了
        if (temp.next == null) {
            throw new RuntimeException("编号为" + num + "的节点不存在！");
        }
        //如果找到了待删除节点的前一个节点
        if (temp.num == num) {
            //判断待删除节点是否为尾节点
            if (temp.next == null){
                temp.prev.next = null;
            }else {
                temp.prev.next = temp.next;
                temp.next.prev = temp.prev;
            }
            return;
        }
        //继续遍历下一节点
        temp = temp.next;
    }
}

3.修改，查询（与单链表一致）

由于修改和查询与单链表基本一致，这里就不在赘述了，直接放代码：

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/**
 * 展示链表
 */
public void show() {
    //判断链表是否为空
    if (head.next == null) {
        throw new RuntimeException("链表为空！");
    }
    Node temp = head.next;
    //遍历链表
    while (true) {
        if (temp == null) {
            break;
        }
        System.out.println(temp.toString());
        temp = temp.next;
    }
}

/**
 * 根据序号获取节点
 * @param num 要获取的节点序号
 * @return
 */
public Node get(int num){
    //判断链表是否为空
    if (head.next == null) {
        throw new RuntimeException("链表为空！");
    }
    Node temp = head.next;
    //遍历链表
    while (true) {
        if (temp == null) {
            throw new RuntimeException("编号为" + num + "的节点不存在！");
        }
        if (temp.num == num) {
            return temp;
        }
        temp = temp.next;
    }
}

/**
 * 修改节点
 * @param node 要更新的节点
 */
public void update(Node node) {
    Node temp = head;
    //判断链表是否为空
    if (temp.next == null) {
        throw new RuntimeException("链表为空！");
    }
    //获取要更新的节点序号
    int nodeNum = node.num;
    //遍历链表
    while (true) {
        //如果已经遍历完链表
        if (temp == null) {
            throw new RuntimeException("编号为" + temp.num + "的节点不存在！");
        }
        //如果找到了该节点
        if (temp.num == nodeNum) {
            temp.data = node.data;
            return;
        }
        //继续遍历下一节点
        temp = temp.next;
    }
}
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