JavaScript实现双向链表

一、双向链表简介

双向链表：既可以从头遍历到尾，又可以从尾遍历到头。也就是说链表连接的过程是双向的，它的实现原理是：一个节点既有向前连接的引用，也有一个向后连接的引用。

双向链表的缺点：

• 每次在插入或删除某个节点时，都需要处理四个引用，而不是两个，实现起来会困难些；
• 相对于单向链表，所占内存空间更大一些；
• 但是，相对于双向链表的便利性而言，这些缺点微不足道。

双向链表的结构：

• 双向链表不仅有head指针指向第一个节点，而且有tail指针指向最后一个节点；
• 每一个节点由三部分组成：item储存数据、prev指向前一个节点、next指向后一个节点；
• 双向链表的第一个节点的prev指向null；
• 双向链表的最后一个节点的next指向null；

双向链表常见的操作（方法）：

• append（element）：向链表尾部添加一个新的项；
• inset（position，element）：向链表的特定位置插入一个新的项；
• get（element）：获取对应位置的元素；
• indexOf（element）：返回元素在链表中的索引，如果链表中没有元素就返回-1；
• update（position，element）：修改某个位置的元素；
• removeAt（position）：从链表的特定位置移除一项；
• isEmpty（）：如果链表中不包含任何元素，返回trun，如果链表长度大于0则返回false；
• size（）：返回链表包含的元素个数，与数组的length属性类似；
• toString（）：由于链表项使用了Node类，就需要重写继承自JavaScript对象默认的toString方法，让其只输出元素的值；
• forwardString（）：返回正向遍历节点字符串形式；
• backwordString（）：返回反向遍历的节点的字符串形式；

二、封装双向链表类

2.0.创建双向链表类

先创建双向链表类DoubleLinklist，并添加基本属性，再实现双向链表的常用方法：

//封装双向链表类
function DoubleLinklist() {
    //封装内部类：节点类
    function Node(data) {
        this.data = data
        this.prev = null
        this.next = null
    }
    //属性
    this.head = null
    this.tail == null
    this.length = 0
}

2.1.append(element)

代码实现：

//append方法
DoubleLinklist.prototype.append = (data) => {
    //1.根据data创建新节点
    let newNode = new Node(data);

    //2.添加节点
    //情况1：添加的是第一个节点
    if (this.length == 0) {
        this.tail = newNode;
        this.head = newNode;
        //情况2：添加的不是第一个节点
    } else {
        newNode.prev = this.tail;
        this.tail.next = newNode;
        this.tail = newNode;
    }

    //3.length+1
    this.length += 1;
};

过程详解：

添加节点时分为多种情况：

• 情况1：添加的是第一个节点：只需要让head和tail都指向新节点即可；

• 情况2：添加的不是第一个节点，如下图所示：只需要改变相关引用的指向即可。

  • 通过：newNode.prev = this.tail：建立指向1；
  • 通过：this.tail.next = newNode：建立指向2；
  • 通过：this.tail = newNode：建立指向3

  要注意改变变量指向的顺序，最后修改tail指向，这样未修改前tail始终指向原链表的最后一个节点。

测试代码：

//测试代码
//1.创建双向链表
let list = new DoubleLinklist();

//2.测试append方法
list.append("aaa");
list.append("bbb");
list.append("ccc");
console.log(list);

测试结果：

• next方向：

• prev方向：

2.2.toString()汇总

代码实现：

//将链表转变为字符串形式
//一.toString方法
DoubleLinklist.prototype.toString = () => {
    return this.backwardString();
};

//二.forwardString方法
DoubleLinklist.prototype.forwardString = () => {
    //1.定义变量
    let current = this.tail;
    let resultString = "";

    //2.依次向前遍历，获取每一个节点
    while (current) {
        resultString += current.data + "--";
        current = current.prev;
    }
    return resultString;
};

//三.backwardString方法
DoubleLinklist.prototype.backwardString = () => {
    //1.定义变量
    let current = this.head;
    let resultString = "";

    //2.依次向后遍历，获取每一个节点
    while (current) {
        resultString += current.data + "--";
        current = current.next;
    }
    return resultString;
};

过程详解：

三种获取字符串的方法：toString（） 、forwardString（） 、backwardString（） 实现原理相似，仅以backWardString方法为例：

• 定义current变量记录当前指向的节点。首先让current指向第一个节点，然后通过 current = current.next 依次向后遍历。在while循环中以(current)作为条件遍历链表，只要current ！= null就一直遍历，由此可获取链表所有节点的数据。

测试代码：

//测试代码
//1.创建双向链表
let list = new DoubleLinklist();

//2.测试字符串方法
list.append("aaa");
list.append("bbb");
list.append("ccc");
console.log(list.toString());
console.log(list.forwardString());
console.log(list.backwardString());

测试结果：

2.3.insert(position,element)

代码实现：

//insert方法
DoubleLinklist.prototype.insert = (position, data) => {
    //1.越界判断
    if (position < 0 || position > this.length) return false;

    //2.根据data创建新的节点
    let newNode = new Node(data);

    //3.插入新节点
    //原链表为空
    //情况1：插入的newNode是第一个节点
    if (this.length == 0) {
        this.head = newNode;
        this.tail = newNode;
        //原链表不为空
    } else {
        //情况2：position == 0
        if (position == 0) {
            this.head.prev = newNode;
            newNode.next = this.head;
            this.head = newNode;
            //情况3：position == this.length
        } else if (position == this.length) {
            this.tail.next = newNode;
            newNode.prev = this.tail;
            this.tail = newNode;
            //情况4：0 < position < this.length
        } else {
            let current = this.head;
            let index = 0;
            while (index++ < position) {
                current = current.next;
            }
            //修改pos位置前后节点变量的指向
            newNode.next = current;
            newNode.prev = current.prev;
            current.prev.next = newNode;
            current.prev = newNode;
        }
    }
    //4.length+1
    this.length += 1;
    return true; //返回true表示插入成功
};

过程详解：

插入节点可分为多种情况：

当原链表为空时：

• 情况1：插入的新节点是链表的第一个节点；只需要让head和tail都指向newNode即可。

当原链表不为空时：

• 情况2：当position == 0，即在链表的首部添加节点：如下图所示：

首先，通过：this.head.prev = newNode，改变指向1；

然后，通过：newNode.next = this.head，改变指向2；

最后，通过：this.head = newNode，改变指向3；

• 情况3：position == this.length，即在链表的尾部添加节点，如下图所示：

首先，通过：this.tail.next = newNode，改变指向1；（注意这里使用this.tail指向原链表最后一个节点，而不是this.head。因为当length>1时，this.head != this.tail。）

然后，通过：newNode.prev = this.tail，改变指向2；

最后，通过：this.tail = newNode，改变指向3；

• 情况4：0 < position < this.length，即在链表的中间插入新节点，假设在position = 1的位置插入，如下图所示：

首先，需要定义变量current按照之前的思路，通过while循环找到position位置的后一个节点，循环结束后index = position

如下图所示：当position = 1时，current就指向了Node2。这样操作current就等同于间接地操作Node2，还可以通过current.prev间接获取Node1。得到了newNode的前一个节点和后一个节点就可以通过改变它们的prev和next变量的指向来插入newNode了。

通过：newNode.next = current，改变指向1；

通过：newNode.prev = current.prev，改变指向2；

通过：current.prev.next = newNode，改变指向3；

注意必须最后才修改current.prev的指向，不然就无法通过current.prev获取需要操作的Node1了。

通过：current.prev = current，改变指向4；

测试代码：

//测试代码
//1.创建双向链表
let list = new DoubleLinklist();

//2.测试insert方法
list.insert(0, "插入链表的第一个元素");
list.insert(0, "在链表首部插入元素");
list.insert(1, "在链表中间插入元素");
list.insert(3, "在链表尾部插入元素");
console.log(list);
alert(list);

测试结果：

2.4.get(position)

代码实现：

//get方法
DoubleLinklist.prototype.get = (position) => {
    //1.越界判断
    if (position < 0 || position >= this.length) {
        //获取元素时position不能等于length
        return null;
    }

    //2.获取元素
    let current = null;
    let index = 0;
    //this.length / 2 > position:从头开始遍历
    if (this.length / 2 > position) {
        current = this.head;
        while (index++ < position) {
            current = current.next;
        }
        //this.length / 2 =< position:从尾开始遍历
    } else {
        current = this.tail;
        index = this.length - 1;
        while (index-- > position) {
            current = current.prev;
        }
    }
    return current.data;
};

过程详解：

定义两个变量current和index，按照之前的思路通过while循环遍历分别获取当前节点和对应的索引值index，直到找到需要获取的position位置后的一个节点，此时index = pos =x，然后return current.data即可。

如果链表的节点数量很多时，这种查找方式效率不高，改进方法为：

一定要通过this.length来获取链表的节点数否则就会报错。

• 当this.length / 2 > position：从头（head）开始遍历；
• 当this.length / 2 < position：从尾（tail）开始遍历；

测试代码：

//测试代码
//1.创建双向链表
let list = new DoubleLinklist();

//2.测试get方法
list.append("a");
list.append("b");
list.append("b1");
list.append("b2");
list.append("b3");
list.append("b4");
list.append("b5");
list.append("b6");
list.append("b7");
console.log(list.get(0));
console.log(list.get(7));

测试结果：

2.5.indexOf(element)

代码实现：

//indexOf方法
DoubleLinklist.prototype.indexOf = (data) => {
    //1.定义变量
    let current = this.head;
    let index = 0;

    //2.遍历链表，查找与data相同的节点
    while (current) {
        if (current.data == data) {
            return index;
        }
        current = current.next;
        index += 1;
    }
    return -1;
};

过程详解：

以（current）作为条件，通过while循环遍历链表中的所有节点（停止条件为current = null）。在遍历每个节点时将current指向的当前节点的data和传入的data进行比较即可。

测试代码：

//测试代码
//1.创建双向链表
let list = new DoubleLinklist();

//2.测试indexOf方法
list.append("a");
list.append("b");
list.append("c");
console.log(list.indexOf("a"));
console.log(list.indexOf("c"));

测试结果：

2.7.update(position,element)

代码实现：

//update方法
DoubleLinklist.prototype.update = (position, newData) => {
    //1.越界判断
    if (position < 0 || position >= this.length) {
        return false;
    }

    //2.寻找正确的节点
    let current = this.head;
    let index = 0;
    //this.length / 2 > position:从头开始遍历
    if (this.length / 2 > position) {
        while (index++ < position) {
            current = current.next;
        }
        //this.length / 2 =< position:从尾开始遍历
    } else {
        current = this.tail;
        index = this.length - 1;
        while (index-- > position) {
            current = current.prev;
        }
    }

    //3.修改找到节点的data
    current.data = newData;
    return true; //表示成功修改
};

过程详解：

以（index++ < position）为条件，通过while循环遍历链表中的节点（停止条件为index = position）。循环结束后，current指向需要修改的节点。

测试代码：

//测试代码
//1.创建双向链表
let list = new DoubleLinklist();

//2.测试update方法
list.append("a");
list.append("b");
console.log(list.update(1, "c"));
console.log(list);

测试结果：

2.8.removeAt(position)

代码实现：

//removeAt方法
DoubleLinklist.prototype.removeAt = (position) => {
    //1.越界判断
    if (position < 0 || position >= this.length) {
        return null;
    }

    //2.删除节点
    //当链表中length == 1
    //情况1：链表只有一个节点
    let current = this.head; //定义在最上面方便以下各种情况返回current.data
    if (this.length == 1) {
        this.head = null;
        this.tail = null;
        //当链表中length > 1
    } else {
        //情况2：删除第一个节点
        if (position == 0) {
            this.head.next.prev = null;
            this.head = this.head.next;
            //情况3：删除最后一个节点
        } else if (position == this.length - 1) {
            current = this.tail; //该情况下返回被删除的最后一个节点
            this.tail.prev.next = null;
            this.tail = this.tail.prev;
        } else {
            //情况4：删除链表中间的节点
            let index = 0;
            while (index++ < position) {
                current = current.next;
            }
            current.next.prev = current.prev;
            current.prev.next = current.next;
        }
    }

    //3.length -= 1
    this.length -= 1;
    return current.data; //返回被删除节点的数据
};

过程详解：

删除节点时有多种情况：

当链表的length = 1时：

• 情况1：删除链表中的所有节点：只需要让链表的head和tail指向null即可。

当链表的length > 1时：

• 情况2：删除链表中的第一个节点：

  通过：this.head.next.prev = null，改变指向1；

  通过：this.head = this.head.next，改变指向2；

  虽然Node1有引用指向其它节点，但是没有引用指向Node1，那么Node1会被自动回收。

• 情况3：删除链表中的最后一个节点：

  通过：this.tail.prev.next = null，修改指向1；

  通过：this.tail = this.tail.prev，修改指向2；

• 情况4：删除链表中间的节点：

通过while循环找到需要删除的节点，比如position = x，那么需要删除的节点就是Node(x+1)，如下图所示：

通过：current.next.prev = current.prev，修改指向1；

通过：current.prev.next = current.next，修改指向2；

这样就没有引用指向Node(x+1)了（current虽指向Node(x+1)，但current时临时变量，该方法执行完就会被销毁），随后Node(x+1)就会被自动删除。

测试代码：

//测试代码
//1.创建双向链表
let list = new DoubleLinklist();

//2.测试removeAt方法
list.append("a");
list.append("b");
list.append("c");
console.log(list.removeAt(1));
console.log(list);

测试结果：

2.9.其他方法

其他方法包括：remove(element)、isEmpty()、size()、getHead()、getTail()

代码实现：

/*--------------------其他方法-------------------*/
//八.remove方法
DoubleLinklist.prototype.remove = (data) => {
    //1.根据data获取下标值
    let index = this.indexOf(data);

    //2.根据index删除对应位置的节点
    return this.removeAt(index);
};

//九.isEmpty方法
DoubleLinklist.prototype.isEmpty = () => {
    return this.length == 0;
};

//十.size方法
DoubleLinklist.prototype.size = () => {
    return this.length;
};

//十一.getHead方法：获取链表的第一个元素
DoubleLinklist.prototype.getHead = () => {
    return this.head.data;
};

//十二.getTail方法：获取链表的最后一个元素
DoubleLinklist.prototype.getTail = () => {
    return this.tail.data;
};

测试代码：

//测试代码
//1.创建双向链表
let list = new DoubleLinklist();

/*------------其他方法的测试--------------*/
list.append("a");
list.append("b");
list.append("c");
list.append("d");
//remove方法
console.log(list.remove("a"));
console.log(list);
//isEmpty方法
console.log(list.isEmpty());
//size方法
console.log(list.size());
//getHead方法
console.log(list.getHead());
//getTead方法
console.log(list.getTail());

测试结果：

2.10.完整实现

//封装双向链表
function DoubleLinklist() {
    //封装内部类：节点类
    function Node(data) {
        this.data = data;
        this.prev = null;
        this.next = null;
    }

    //属性
    this.head = null;
    this.tail == null;
    this.length = 0;

    //常见的操作：方法
    //一.append方法
    DoubleLinklist.prototype.append = (data) => {
        //1.根据data创建新节点
        let newNode = new Node(data);

        //2.添加节点
        //情况1：添加的是第一个节点
        if (this.length == 0) {
            this.tail = newNode;
            this.head = newNode;
            //情况2：添加的不是第一个节点
        } else {
            newNode.prev = this.tail;
            this.tail.next = newNode;
            this.tail = newNode;
        }

        //3.length+1
        this.length += 1;
    };

    //二.将链表转变为字符串形式
    //2.1.toString方法
    DoubleLinklist.prototype.toString = () => {
        return this.backwardString();
    };

    //2.2.forwardString方法
    DoubleLinklist.prototype.forwardString = () => {
        //1.定义变量
        let current = this.tail;
        let resultString = "";

        //2.依次向前遍历，获取每一个节点
        while (current) {
            resultString += current.data + "--";
            current = current.prev;
        }
        return resultString;
    };

    //2.3.backwardString方法
    DoubleLinklist.prototype.backwardString = () => {
        //1.定义变量
        let current = this.head;
        let resultString = "";

        //2.依次向后遍历，获取每一个节点
        while (current) {
            resultString += current.data + "--";
            current = current.next;
        }
        return resultString;
    };

    //三.insert方法
    DoubleLinklist.prototype.insert = (position, data) => {
        //1.越界判断
        if (position < 0 || position > this.length) return false;

        //2.根据data创建新的节点
        let newNode = new Node(data);

        //3.插入新节点
        //原链表为空
        //情况1：插入的newNode是第一个节点
        if (this.length == 0) {
            this.head = newNode;
            this.tail = newNode;
            //原链表不为空
        } else {
            //情况2：position == 0
            if (position == 0) {
                this.head.prev = newNode;
                newNode.next = this.head;
                this.head = newNode;
                //情况3：position == this.length
            } else if (position == this.length) {
                this.tail.next = newNode;
                newNode.prev = this.tail;
                this.tail = newNode;
                //情况4：0 < position < this.length
            } else {
                let current = this.head;
                let index = 0;
                while (index++ < position) {
                    current = current.next;
                }
                //修改pos位置前后节点变量的指向
                newNode.next = current;
                newNode.prev = current.prev;
                current.prev.next = newNode;
                current.prev = newNode;
            }
        }
        //4.length+1
        this.length += 1;
        return true; //返回true表示插入成功
    };

    //四.get方法
    DoubleLinklist.prototype.get = (position) => {
        //1.越界判断
        if (position < 0 || position >= this.length) {
            //获取元素时position不能等于length
            return null;
        }

        //2.获取元素
        let current = null;
        let index = 0;
        //this.length / 2 > position:从头开始遍历
        if (this.length / 2 > position) {
            current = this.head;
            while (index++ < position) {
                current = current.next;
            }
            //this.length / 2 =< position:从尾开始遍历
        } else {
            current = this.tail;
            index = this.length - 1;
            while (index-- > position) {
                current = current.prev;
            }
        }
        return current.data;
    };

    //五.indexOf方法
    DoubleLinklist.prototype.indexOf = (data) => {
        //1.定义变量
        let current = this.head;
        let index = 0;

        //2.遍历链表，查找与data相同的节点
        while (current) {
            if (current.data == data) {
                return index;
            }
            current = current.next;
            index += 1;
        }
        return -1;
    };

    //六.update方法
    DoubleLinklist.prototype.update = (position, newData) => {
        //1.越界判断
        if (position < 0 || position >= this.length) {
            return false;
        }

        //2.寻找正确的节点
        let current = this.head;
        let index = 0;
        //this.length / 2 > position:从头开始遍历
        if (this.length / 2 > position) {
            while (index++ < position) {
                current = current.next;
            }
            //this.length / 2 =< position:从尾开始遍历
        } else {
            current = this.tail;
            index = this.length - 1;
            while (index-- > position) {
                current = current.prev;
            }
        }

        //3.修改找到节点的data
        current.data = newData;
        return true; //表示成功修改
    };

    //七.removeAt方法
    DoubleLinklist.prototype.removeAt = (position) => {
        //1.越界判断
        if (position < 0 || position >= this.length) {
            return null;
        }

        //2.删除节点
        //当链表中length == 1
        //情况1：链表只有一个节点
        let current = this.head; //定义在最上面方便以下各种情况返回current.data
        if (this.length == 1) {
            this.head = null;
            this.tail = null;
            //当链表中length > 1
        } else {
            //情况2：删除第一个节点
            if (position == 0) {
                this.head.next.prev = null;
                this.head = this.head.next;
                //情况3：删除最后一个节点
            } else if (position == this.length - 1) {
                current = this.tail; //该情况下返回被删除的最后一个节点
                this.tail.prev.next = null;
                this.tail = this.tail.prev;
            } else {
                //情况4：删除链表中间的节点
                let index = 0;
                while (index++ < position) {
                    current = current.next;
                }
                current.next.prev = current.prev;
                current.prev.next = current.next;
            }
        }

        //3.length -= 1
        this.length -= 1;
        return current.data; //返回被删除节点的数据
    };
    /*--------------------其他方法-------------------*/
    //八.remove方法
    DoubleLinklist.prototype.remove = (data) => {
        //1.根据data获取下标值
        let index = this.indexOf(data);

        //2.根据index删除对应位置的节点
        return this.removeAt(index);
    };

    //九.isEmpty方法
    DoubleLinklist.prototype.isEmpty = () => {
        return this.length == 0;
    };

    //十.size方法
    DoubleLinklist.prototype.size = () => {
        return this.length;
    };

    //十一.getHead方法：获取链表的第一个元素
    DoubleLinklist.prototype.getHead = () => {
        return this.head.data;
    };

    //十二.getTail方法：获取链表的最后一个元素
    DoubleLinklist.prototype.getTail = () => {
        return this.tail.data;
    };
}

三、链表结构总结

单向链表有head和next两个属性，双向链表有head、tail、next、prev四个属性。处理好它们的指向，相当于将它们正确地连接在一起，这样就组成了一条链，这就是简单链表的实现。

在实际开发中链表使用得非常多，比如Java中的LinkList就是双向链表。

3.1.注意点

• 在链表中current = current.next 可以从左往右看，看成是current --> current.next，即current指向current的下一个节点。
• 删除节点的原理：只要没有引用指向该对象，无论该对象是否有引用指向其他对象，该对象都会被回收（删除）。
• 参数中凡是有position的都要进行越界判断。

3.2.链表的增删改查

以双向链表为例：链表的增删改查无非就是获取链表中相应的节点改变其中的prev和next两个变量的指向。

• 情况一：只需要head和tail两个变量就可以获取需要操作的变量（这里指的是能够轻松获取，当然你想通过head.next.next...或tail.prev.prev...来获取想要的节点也可以），在这种情况下链表的长度length：0 <= length <=2。
• 情况二：不能靠tail和head来获取到需要操作的变量时，可采用while循环遍历的方式，找到需要操作的节点：

在这种情况下，如果我们想要在链表的position = x的位置插入新节点，那么可以通过current获取position的后一个节点Node(x+1)，通过current.prev获取position位置的前一个节点Node(x)；之后修改Node(x+1)和Node(x)中的prev和next两个变量的指向即可在pos=x 的位置插入新节点。

.3.修改链表引用指向

应先修改newNode引用的指向，再修改其他引用

• 情况1：通过head和tail引用就能获取需要操作的节点时，最后更改head或tail变量的指向（因为它们分别指向链表的第一个和最后一个节点，获取其他节点时可能需要用到它们）。
• 情况2：使用current获取到需要操作的节点时，最后更改curren.next或current.prev的指向。因为current.next和current.prev表示的是Node(x+2)和Node(x)这两个节点，如下图所示，一旦变更它们的指向就无法获取Node(x)或Node(x+2)了，

3.4.遍历链表

积累两种遍历思路

• 获取指定的position = x 位置的后一个节点和索引值：

循环结束后index = position = x，变量current就指向了Node(x+1)，变量index的值为Node(x+1)的索引值x。

• 遍历链表中的所有节点：

当current.next = null时停止循环，此时current指向链表的最后一个节点。