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如何手写一个双向链表

笔者之前参加过一场视频面试,其中一个问题是说说ArrayList、LinkedList的区别,参加过面试的同学可能经常会被问到这个问题,当我说到ArrayList是基于数组实现的LinkedList是基于双向链表实现的时候,面试官说那你能写一个双向链表吗?

因为面试邀请邮件中告知面试时需要写代码,笔者在面试之前虽然看了一些数据结构方面的知识点,但当真正手写的时候还是费了一番功夫。趁着这次周末有空,写一篇文章总结下双向链表。

在前面的文章单链表的CRUD中详细介绍过单链表的插入、查找、修改和删除操作。我们可以发现单链表的查找方向只能是一个方向,从一个结点只能向后遍历,无法向前遍历,为克服单链表的这种单向性的缺点,我们可以利用双向链表。顾名思义,双向链表的结点中有两个指针域,next指针域指向后一个结点,prev指针域指向前一个结点。

学习双向链表的时候,不能孤立的学,我们可以与单向链表对比着学习。

单向链表

单向链表

双向链表

双向链表

Java中双向链表结点Node的表示

private static class Node {
    private Integer item;
  
    private Node next;
    private Node prev;

    public Node() {
    }

    public Node(Integer item, Node next) {
        this.item = item;
        this.next = next;
    }
}
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双向链表的查找、修改操作与单向链表一致,但在插入和删除时有很大的不同,在双向链表中插入和删除需要同时修改两个方向的指针,下面分别介绍双向链表的插入和删除操作。

双向链表的插入

双向链表的插入操作,一般是尾部插入。首先要根据头结点找到尾结点,这个过程与单向链表的操作类似,根据头结点依次向后遍历找到尾结点,将尾结点的next指针域指向新结点。不同的是需要将新结点的prev指针域指向尾结点。

/**
 * 在链表尾部插入元素
 * @param item
 * @return
 */
public boolean add(Integer item) {
    Node newNode = new Node(item, null);
    // tmp 指向头结点
    Node tmp = head;

    // 找到尾结点
    while (tmp.next != null) {
        tmp = tmp.next;
    }
    tmp.next = newNode;
    newNode.prev = tmp;
    
    return true;
}
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双向链表的删除

删除指定索引位置上的结点,单向链表需要找到待删除结点的前一个结点。将前一个结点的next指针域指向待删除结点的后一个结点。可以发现单向链表不能实现自删除,双向链表可以实现自删除。

在双向链表中,比如我们要删除b结点,首先根据head结点依次向后遍历找到待删除的结点b,通过b结点的prev指针域可以定位到它的前一个结点a,通过b结点的next指针域可以定位到它的后一个结点c。然后将a结点的next指针域指向c,同时将c结点的prev指针域指向a。 双向链表

/**
 * 删除指定索引位置的结点
 * @param index
 * @return
 */
public Integer remove(int index) {
    this.checkIndex(index);

    // 找到要删除的结点
    Node node = this.node(index);
    Integer val = node.item;
    node.item = null;

    // 删除自身
    node.prev.next = node.next;
    if(node.next != null) {
        node.next.prev = node.prev;
    }

    node.next = null;
    node.prev = null;

    return val;
}

Node node(int index) {
    Node tmp = head;
    for(int i = 0; i <= index; i++) {
        tmp = tmp.next;
    }
    return tmp;
}
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完整代码如下:

public class DoubleLinkedList {

    // 头结点
    private Node head;

    // 链表中实际元素个数
    private int size;

    public DoubleLinkedList() {
        this.head = new Node();
        this.size = 0;
    }

    /**
     * 在链表尾部插入元素
     * @param item
     * @return
     */
    public boolean add(Integer item) {
        Node newNode = new Node(item, null);
        // tmp 指向头结点
        Node tmp = head;

        // 找到尾结点
        while (tmp.next != null) {
            tmp = tmp.next;
        }
        tmp.next = newNode;
        newNode.prev = tmp;
        size++;

        return true;
    }

    /**
     * 返回指定位置的元素
     * @param index
     * @return
     */
    public Integer get(int index) {
        this.checkIndex(index);

        Node node = this.node(index);
        return node.item;
    }

    /**
     * 删除指定索引位置的结点
     * @param index
     * @return
     */
    public Integer remove(int index) {
        this.checkIndex(index);

        // 找到要删除的结点
        Node node = this.node(index);
        Integer val = node.item;
        node.item = null;

        // 删除自身
        node.prev.next = node.next;
        if(node.next != null) {
            node.next.prev = node.prev;
        }

        node.next = null;
        node.prev = null;

        size--;

        return val;
    }


    /**
     * 遍历元素
     */
    public void list() {
        Node tmp = head;
        while(tmp.next != null) {
            tmp = tmp.next;
            System.out.println(tmp.item);
        }
    }

    Node node(int index) {
        Node tmp = head;
        for(int i = 0; i <= index; i++) {
            tmp = tmp.next;
        }
        return tmp;
    }


    private void checkIndex(int index) {
        if(index < 0 || index >= size) {
            throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+", Size: "+size);
        }
    }


    private static class Node {

        private Integer item;

        private Node next;

        private Node prev;

        public Node() {
        }

        public Node(Integer item, Node next) {
            this.item = item;
            this.next = next;
        }
    }
}
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与单向链表相比,双向链表可以向前或向后查找,双向链表可以自我删除。

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