Java資料結構之雙向鍊錶的實作方式

雙向鍊錶（Doubly linked list）

什麼是雙向鍊錶？

雙向鍊錶也叫雙鍊錶，是鍊錶的一種，它的每個資料結點中都有兩個指針，分別指向直接後繼和直接前驅。所以，從雙向鍊錶中的任一個結點開始，都可以很方便地存取它的前驅結點和後繼結點。

雙向鍊錶與單向鍊錶的主要差異： 

# 找到方向： 單向鍊錶的尋找方向只能是一個方向，而雙向鍊錶可以向前或向後查找。
刪除： 單向鍊錶的刪除需要藉助輔助指針，先找到要刪除節點的前驅，然後再刪除。
           temp.next = temp.next.next;(temp為輔助指標)
           雙向鍊錶可以自我移除。 

雙向鍊錶與單向鍊錶的優劣： 

優點：雙鍊錶結構比單鍊錶結構更具優越性。

缺點：從儲存結構來看，雙向鍊錶比單向鍊錶多了一個指針，需要一個額外的、線性的記憶體使用量。 （在32位元作業系統中一個指標為4個位元組，64位元作業系統中一個指標為8個位元組）。

雙向鍊錶的邏輯結構圖解：

#雙向鍊錶的特定操作： 

新增：
圖解：

程式碼：

//添加一个节点到最后
    public void add(DoubleNode newNode) {
        DoubleNode temp = head;
        while (true) {
            if (temp.next == null) {
                // 当temp.next 为空时，证明temp为最后一个元素。
                temp.next = newNode; //temp节点的下一位指向新节点
                newNode.pre = temp;//新节点的前一位指向temp
                //这两步构成双向链表
                break;
            }else if (temp.next.ID == newNode.ID) {
                //ID相同证明 已经存在该学生。
                System.out.printf("要插入学号为%d的学生已经存在。\n", newNode.ID);
                break;
            }
            temp = temp.next;
        }
    }
 
    //按学号顺序添加节点
    public void Sortadd(DoubleNode newNode) {
        DoubleNode temp = head;
        while (true) {
            if (temp.next == null) {
                //说明要添加的节点序号在当前链表中最大，因此直接添加在末尾。
                temp.next = newNode;//temp节点的下一位指向新节点
                newNode.pre = temp;//新节点的前一位指向temp
                //这两步构成双向链表
                break;
            } else if (temp.next.ID > newNode.ID) {
                //当前节点的下一位节点的编号大于 要添加的新节点，则证明新节点要添加在temp节点之后
                newNode.next = temp.next;//要添加节点的下一位 指向temp当前节点的下一位
                temp.next.pre = newNode;//temp当前节点的下一位的前一位 指向 新节点构成双向链表
                temp.next = newNode; // 再让当前节点的下一位指向 新节点
                newNode.pre = temp;//新节点的前一位 指向 当前节点temp
                //这样连接完成后就将  新节点插入 到 原本链表的temp节点与temp.next节点之间
                break;
            }else if (temp.next.ID == newNode.ID) {
                //ID相同证明 已经存在该学生。
                System.out.printf("要插入学号为%d的学生已经存在。\n", newNode.ID);
                break;
            }
            temp = temp.next;
        }
    }

刪除：
圖解：

##程式碼：

 //删除一个节点。
    //自我删除
    public void DoubleDelete(int id) {
        if (head.next == null) {
            System.out.println("链表为空！");
            return;
        }
        DoubleNode temp = head.next;
        while (true) {
            if (temp == null) {
                System.out.printf("要删除的%d节点不存在\n", id);
                break;
            } else if (temp.ID == id) {
                //找到要删除节点
                // 此时temp 就代表将要被删除节点
                //temp.pre.next 指 当前要被删除节点 的前一位 的后一位
                // temp.next  指 当前要被删除节点的后一位
                temp.pre.next = temp.next;
                // （当前要被删除节点 的前一位 的后一位）指向 （当前要被删除节点的后一位）
                //这样就完成了 temp节点的删除操作
 
                // 如果是最后一个节点，就不需要执行下面这句话，否则出现空指针
                if (temp.next != null) {
                    temp.next.pre = temp.pre;
                }
                break;
            }
            temp = temp.next;
        }
    }

修改：

侃侃：它實際上與單鍊錶的刪除是一樣。

程式碼：

//修改链表节点
    public void DoubleUpdate(DoubleNode newNode) {
        if (head.next == null) {
            System.out.println("链表为空！");
            return;
        }
        DoubleNode temp = head.next;
        while (true) {
            if (temp == null) {
                break;
            } else if (temp.ID == newNode.ID) {
                //找到要修改的节点
                temp.name = newNode.name;
                temp.mark = newNode.mark;
                return;
            }
            temp = temp.next;
        }
        System.out.printf("要修改的%d节点不存在\n", newNode.ID);
    }

雙向鍊錶實例：

用雙向鍊錶建立一個學生資訊管理系統，完成對學生資訊的添加，刪除，修改操作。

package Linkedlist;
 
//双向链表。
public class DoubleLinkedListDemo {
    public static void main(String agrs[]) {
        DoubleNode stu1 = new DoubleNode(6, "张三", 99);
        DoubleNode stu2 = new DoubleNode(2, "李四", 99);
        DoubleNode stu3 = new DoubleNode(3, "王五", 99);
        DoubleNode stu4 = new DoubleNode(5, "王二", 99);
        DoubleNode stu5 = new DoubleNode(4, "小红", 99);
        DoubleNode stu6 = new DoubleNode(1, "小明", 99);
        DoubleNode stu7 = new DoubleNode(1, "小明", 99);
 
        DoubleLinkedlist doubleLinkedlist = new DoubleLinkedlist();
 
       /* doubleLinkedlist.add(stu1);
        doubleLinkedlist.add(stu2);
        doubleLinkedlist.add(stu3);
        doubleLinkedlist.add(stu4);
        doubleLinkedlist.add(stu5);
        doubleLinkedlist.add(stu6);
        doubleLinkedlist.add(stu7);*/
 
        doubleLinkedlist.Sortadd(stu1);
        doubleLinkedlist.Sortadd(stu2);
        doubleLinkedlist.Sortadd(stu3);
        doubleLinkedlist.Sortadd(stu4);
        doubleLinkedlist.Sortadd(stu5);
        doubleLinkedlist.Sortadd(stu6);
        doubleLinkedlist.add(stu7);
 
        System.out.println("原链表展示！");
        doubleLinkedlist.ShowList();
        System.out.println();
 
        doubleLinkedlist.DoubleDelete(6);
        doubleLinkedlist.DoubleDelete(15);
        System.out.println("删除后链表展示！");
        doubleLinkedlist.ShowList();
        System.out.println();
 
 
        DoubleNode stu8 = new DoubleNode(1, "李思成", 100);
        DoubleNode stu9 = new DoubleNode(20, "李成", 100);
        doubleLinkedlist.DoubleUpdate(stu8);
        doubleLinkedlist.DoubleUpdate(stu9);
        System.out.println("修改后链表展示！");
        doubleLinkedlist.ShowList();
        System.out.println();
    }
}
 
class DoubleLinkedlist {
    private DoubleNode head = new DoubleNode(0, "", 0);
 
    public DoubleNode getHead() {
        return head;
    }
 
    //添加一个节点到最后
    public void add(DoubleNode newNode) {
        DoubleNode temp = head;
        while (true) {
            if (temp.next == null) {
                // 当temp.next 为空时，证明temp为最后一个元素。
                temp.next = newNode; //temp节点的下一位指向新节点
                newNode.pre = temp;//新节点的前一位指向temp
                //这两步构成双向链表
                break;
            }else if (temp.next.ID == newNode.ID) {
                //ID相同证明 已经存在该学生。
                System.out.printf("要插入学号为%d的学生已经存在。\n", newNode.ID);
                break;
            }
            temp = temp.next;
        }
    }
 
    //按学号顺序添加节点
    public void Sortadd(DoubleNode newNode) {
        DoubleNode temp = head;
        while (true) {
            if (temp.next == null) {
                //说明要添加的节点序号在当前链表中最大，因此直接添加在末尾。
                temp.next = newNode;//temp节点的下一位指向新节点
                newNode.pre = temp;//新节点的前一位指向temp
                //这两步构成双向链表
                break;
            } else if (temp.next.ID > newNode.ID) {
                //当前节点的下一位节点的编号大于 要添加的新节点，则证明新节点要添加在temp节点之后
                newNode.next = temp.next;//要添加节点的下一位 指向temp当前节点的下一位
                temp.next.pre = newNode;//temp当前节点的下一位的前一位 指向 新节点构成双向链表
                temp.next = newNode; // 再让当前节点的下一位指向 新节点
                newNode.pre = temp;//新节点的前一位 指向 当前节点temp
                //这样连接完成后就将  新节点插入 到 原本链表的temp节点与temp.next节点之间
                break;
            }else if (temp.next.ID == newNode.ID) {
                //ID相同证明 已经存在该学生。
                System.out.printf("要插入学号为%d的学生已经存在。\n", newNode.ID);
                break;
            }
            temp = temp.next;
        }
    }
 
    //删除一个节点。
    //自我删除
    public void DoubleDelete(int id) {
        if (head.next == null) {
            System.out.println("链表为空！");
            return;
        }
        DoubleNode temp = head.next;
        while (true) {
            if (temp == null) {
                System.out.printf("要删除的%d节点不存在\n", id);
                break;
            } else if (temp.ID == id) {
                //找到要删除节点
                // 此时temp 就代表将要被删除节点
                //temp.pre.next 指 当前要被删除节点 的前一位 的后一位
                // temp.next  指 当前要被删除节点的后一位
                temp.pre.next = temp.next;
                // （当前要被删除节点 的前一位 的后一位）指向 （当前要被删除节点的后一位）
                //这样就完成了 temp节点的删除操作
 
                // 如果是最后一个节点，就不需要执行下面这句话，否则出现空指针
                if (temp.next != null) {
                    temp.next.pre = temp.pre;
                }
                break;
            }
            temp = temp.next;
        }
    }
 
    //修改链表节点
    public void DoubleUpdate(DoubleNode newNode) {
        if (head.next == null) {
            System.out.println("链表为空！");
            return;
        }
        DoubleNode temp = head.next;
        while (true) {
            if (temp == null) {
                break;
            } else if (temp.ID == newNode.ID) {
                //找到要修改的节点
                temp.name = newNode.name;
                temp.mark = newNode.mark;
                return;
            }
            temp = temp.next;
        }
        System.out.printf("要修改的%d节点不存在\n", newNode.ID);
    }
 
    public void ShowList() {
        // 判断链表是否为空
        if (head.next == null) {
            System.out.println("链表为空");
            return;
        }
        // 因为头节点，不能动，因此我们需要一个辅助变量来遍历
        DoubleNode temp = head.next;
        while (true) {
            // 判断是否到链表最后
            if (temp == null) {
                break;
            }
            System.out.println(temp);// 输出节点的信息
            temp = temp.next;
        }
    }
}
 
class DoubleNode {
    public int ID; // 编号。
    public String name;
    public int mark;
    public DoubleNode next;
    public DoubleNode pre; // 前一个（Previous）
 
    public DoubleNode(int ID, String name, int mark) {
        this.ID = ID;
        this.name = name;
        this.mark = mark;
    }
 
    @Override
    public String toString() {
        return "DoubleNode{" + "ID=" + ID + ", name='" + name + '\'' + "mark=" + mark + '}';
    }
}

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