数据结构 模拟实现LinkedList双向不循环链表

简介: 数据结构 模拟实现LinkedList双向不循环链表



一、双向不循环链表的概念

双向不循环链表中的节点有三个域,一个是存储数据的val域,一个是前驱prev域,还有一个是下个节点next域,和单向不同的就是多了一个前驱域。如图:

定义一个MyLinkedList类,这个类包含要模拟实现的方法,还有一个内部类ListNode,这个内部类就是链表的节点,代码如下:

public class MyLinkedList implements Ilist{
    public ListNode head;//头结点
    public ListNode last;//尾结点
    static class ListNode {
        int val;
        ListNode next;
        ListNode prev;
        public ListNode(int val) {
            this.val = val;
        }
    }
}

二、链表的接口

代码如下:

public interface Ilist {
    //头插法
    void addFirst(int data);
    //尾插法
    void addLast(int data);
    //任意位置插入,第一个数据节点为0号下标
    void addIndex(int index,int data);
    //查找是否包含关键字key是否在单链表当中
    boolean contains(int key);
    //删除第一次出现关键字为key的节点
    void remove(int key);
    //删除所有值为key的节点
    void removeAllKey(int key);
    //得到单链表的长度
    int size();
    void clear();
    void display();
}

三、链表的方法实现

(1)display方法

此方法是打印所有链表节点的val值,因此要遍历一遍链表的节点。代码如下:

public void display() {
        ListNode cur = this.head;
        while (cur != null) {
            System.out.print(cur.val + " ");
            cur = cur.next;
        }
        System.out.println();
    }

(2)size方法

此方法计算链表中有多少个节点,所以也要遍历一遍链表,代码如下:

public int size() {
        ListNode cur = this.head;
        int count = 0;
        while (cur != null) {
            count++;
            cur = cur.next;
        }
        return count;
    }

(3)contains方法

此方法查看是否有key值,有就返回true,没有就返回false,所以也要遍历一遍链表,代码如下:

public int size() {
        ListNode cur = this.head;
        int count = 0;
        while (cur != null) {
            count++;
            cur = cur.next;
        }
        return count;
    }

(4)addFirst方法

此方法是头插方法,参数是链表的val域的值,所以调用此方法时,要创建一个节点,再把这个节点进行头插;头插时,要修改要插入节点的next域,指向原来的头结点,还有原来头结点的prev域,指向要插入的节点,最后再把头结点改为要插入的这个节点,如图:绿色箭头是修改指向

因为是新建的节点,所以这个节点的prev和next域都是null

修改完后,如图:

代码如下:

public void addFirst(int data) {
        ListNode cur = new ListNode(data);
        if(this.head == null) {
            this.head = cur;
            this.last = cur;
        } else {
            cur.next = this.head;
            this.head.prev = cur;
            this.head = cur;
        }
    }

执行效果如下:

(5)addLast方法

此方法是尾插法,这里的尾插法时间复杂度是O(1),因为双向链表有一个记录尾结点的last,所以尾插的时候直接在尾结点插入要插入的节点,修改原来的尾结点的next域,要插入的节点prev修改成原来的尾结点,最后再把尾结点last修改成插入的节点,代码如下:

public void addLast(int data) {
        ListNode cur = new ListNode(data);
        if(last == null) {
            head = cur;
            last = cur;
        } else {
            last.next = cur;
            cur.prev = last;
            last = cur;
        }
    }

执行效果如下:

(6)addIndex方法

此方法是在指定位置插入节点,第一要检查要插入位置的index下标是否合法,不合法就抛异常,这里定义第一个节点下标为0,第二个节点下标为1,依次类推,如果要插入位置的下标是0,就是头插,如果要插入位置的下标是链表长度(size方法),就是尾插;

要插入的位置在链表中间,我们要找出指定位置的前一个节点,修改前一个节点的next域,修改成要插入的节点,还有指定位置原来的节点的prev域也要修改,修改成要插入的节点。代码如下:

public void addIndex(int index, int data) {
        //检查下标是否合法
        if(index < 0 || index > size()) {
            throw new IndexException("下标不合法");
        }
        if(index == 0) {
            addFirst(data);
            return;
        }
        if (index == size()) {
            addLast(data);
            return;
        }
        ListNode cur = new ListNode(data);
        ListNode prev = this.head;
        int count = 0;
        while (count < index - 1) {
            prev = prev.next;
            count++;
        }
        ListNode prevNext = prev.next;
        prev.next = cur;
        cur.prev = prev;
        cur.next = prevNext;
        prevNext.prev = cur;
    }
//自定义异常类
public class IndexException extends RuntimeException{
    public IndexException(String e) {
        super(e);
    }
}

执行效果如下:

(7)remove方法

此方法是移除第一个值为key的链表节点的方法,参数是就是key;要移除某一个节点,就要从头遍历一遍链表,如果没找到key值,就直接返回,不做任何操作;

这里要提前处理一些特殊情况,如果头结点的val值就是key,就要把head放在head的next域,然后判断这时候head是不是空,如果head不是空,head的prev就要修改成空,如果head是空,就要把last设为空,直接返回。

如果找到了,就要找要删除节点的前一个节点,这里会分两种情况,一种是要删除的节点后面没有节点了(尾结点),这时我们把要删除节点的前一个节点的next域改成null,last改成前一个节点;如果要删除的节点后面有节点,就要把前一个节点的next域改成要删除的节点的next,后一个的prev域改成前一个节点,代码如下:

public void remove(int key) {
        if(head == null) {
            return;
        }
        if(head.val == key) {
            head = head.next;
            if(head != null) {
                head.prev = null;
            } else {
                last = null;
                return;
            }
        }
        ListNode prev = findPrev(key);
        if(prev == null) {
            //没有要删的元素
            return;
        }
        ListNode cur = prev.next;
        if(cur.next != null) {
            prev.next = cur.next;
            cur.next.prev = cur.prev;
        } else {
            //最后一个元素
            prev.next = cur.next;//null
            last = prev;
        }
    }
    //找到要删除节点的前一个节点
    private ListNode findPrev(int key) {
        ListNode cur = this.head;
        ListNode curNext = cur.next;
        while (curNext != null) {
            if(curNext.val != key) {
                cur = cur.next;
                curNext = curNext.next;
            } else {
                return cur;
            }
        }
        return null;
    }

执行效果如下:

(8)removeAllKey方法

此方法是删除所有节点的val值为key的方法,所以,我们要遍历一遍链表,如果head为空的话,就直接返回,不做任何操作;

我们定义prev是头结点,cur是头结点的next节点(要删除的节点),从头到尾遍历的是cur,如果cur的val值不等于key,prev和cur都要往后走一步;如果cur的val值等于key,会分成两种情况,就是cur后面是有没有节点,如果后面有节点,prev节点的next域就要改成cur的next,cur的下一个节点的prev域要改成prev,然后cur往后走一步;如果cur后面的节点为空,就直接把prev节点的next域改成空,把last改成prev,cur还要往后走一步结束循环。

最后不要忘了头结点还没有判断,要判断头结点的val值是否和key相等,如果不相等就不做任何操作,相等就把头结点head改成头结点的next,此时的头结点的prev改成null,注意,这里修改头结点的prev,要头结点head不为空,才能执行上面的操作,不然会空指针异常。

public void removeAllKey(int key) {
        if(head == null) {
            return;
        }
        ListNode prev = this.head;
        ListNode cur = this.head.next;
        while (cur != null) {
            if(cur.val == key) {
                if(cur.next != null) {
                    prev.next = cur.next;
                    cur.next.prev = prev;
                } else {
                    prev.next = cur.next;//null
                    last = prev;
                }
                cur = cur.next;
            } else {
                prev = prev.next;
                cur = cur.next;
            }
        }
        if(head.val == key) {
            head = head.next;
            if(head != null) {
                head.prev = null;
            }
        }
    }

执行效果如下:

(9)clear方法

此方法是把链表中的所有节点中所有域都置为空,所以要遍历一遍链表,把节点prev和next域改为null,因为这里的val域类型是int,所以不用修改val域,代码如下:

public void clear() {
        ListNode cur = this.head;
        while (cur != null) {
            ListNode curNext = cur.next;
            cur.next = null;
            cur.prev = null;
            cur = curNext;
        }
        head = null;
        last = null;
    }

执行效果如下:


四、最终代码

public class MyLinkedList implements Ilist{
    public ListNode head;//头结点
    public ListNode last;//尾结点
    static class ListNode {
        int val;
        ListNode next;
        ListNode prev;
        public ListNode(int val) {
            this.val = val;
        }
    }
    @Override
    public void addFirst(int data) {
        ListNode cur = new ListNode(data);
        if(this.head == null) {
            this.head = cur;
            this.last = cur;
        } else {
            cur.next = this.head;
            this.head.prev = cur;
            this.head = cur;
        }
    }
    @Override
    public void addLast(int data) {
        ListNode cur = new ListNode(data);
        if(last == null) {
            head = cur;
            last = cur;
        } else {
            last.next = cur;
            cur.prev = last;
            last = cur;
        }
    }
    @Override
    public void addIndex(int index, int data) {
        //检查下标是否合法
        if(index < 0 || index > size()) {
            throw new IndexException("下标不合法");
        }
        if(index == 0) {
            addFirst(data);
            return;
        }
        if (index == size()) {
            addLast(data);
            return;
        }
        ListNode cur = new ListNode(data);
        ListNode prev = this.head;
        int count = 0;
        while (count < index - 1) {
            prev = prev.next;
            count++;
        }
        ListNode prevNext = prev.next;
        prev.next = cur;
        cur.prev = prev;
        cur.next = prevNext;
        prevNext.prev = cur;
    }
    @Override
    public boolean contains(int key) {
        ListNode cur = this.head;
        while (cur != null) {
            if(cur.val == key) {
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }
    @Override
    public void remove(int key) {
        if(head == null) {
            return;
        }
        if(head.val == key) {
            head = head.next;
            if(head != null) {
                head.prev = null;
            } else {
                last = null;
                return;
            }
        }
        ListNode prev = findPrev(key);
        if(prev == null) {
            //没有要删的元素
            return;
        }
        ListNode cur = prev.next;
        if(cur.next != null) {
            prev.next = cur.next;
            cur.next.prev = cur.prev;
        } else {
            //最后一个元素
            prev.next = cur.next;//null
            last = prev;
        }
    }
    private ListNode findPrev(int key) {
        ListNode cur = this.head;
        ListNode curNext = cur.next;
        while (curNext != null) {
            if(curNext.val != key) {
                cur = cur.next;
                curNext = curNext.next;
            } else {
                return cur;
            }
        }
        return null;
    }
    @Override
    public void removeAllKey(int key) {
        if(head == null) {
            return;
        }
        ListNode prev = this.head;
        ListNode cur = this.head.next;
        while (cur != null) {
            if(cur.val == key) {
                if(cur.next != null) {
                    prev.next = cur.next;
                    cur.next.prev = prev;
                } else {
                    prev.next = cur.next;//null
                    last = prev;
                }
                cur = cur.next;
            } else {
                prev = prev.next;
                cur = cur.next;
            }
        }
        if(head.val == key) {
            head = head.next;
            if(head != null) {
                head.prev = null;
            }
        }
    }
    @Override
    public int size() {
        ListNode cur = this.head;
        int count = 0;
        while (cur != null) {
            count++;
            cur = cur.next;
        }
        return count;
    }
    @Override
    public void clear() {
        ListNode cur = this.head;
        while (cur != null) {
            ListNode curNext = cur.next;
            cur.next = null;
            cur.prev = null;
            cur = curNext;
        }
        head = null;
        last = null;
    }
    @Override
    public void display() {
        ListNode cur = this.head;
        while (cur != null) {
            System.out.print(cur.val + " ");
            cur = cur.next;
        }
        System.out.println();
    }
}
//自定义异常类
public class IndexException extends RuntimeException{
    public IndexException(String e) {
        super(e);
    }
}

都看到这了,点个赞再走吧,谢谢谢谢谢!!!

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