Java数据结构之双向链表如何实现

双向链表（Doubly linked list）

什么是双向链表？

双向链表也叫双链表，是链表的一种，它的每个数据结点中都有两个指针，分别指向直接后继和直接前驱。所以，从双向链表中的任意一个结点开始，都可以很方便地访问它的前驱结点和后继结点。

双向链表与单向链表的主要区别： 

查找方向 ： 单向链表的查找方向只能是一个方向，而双向链表可以向前或者向后查找。
删除： 单向链表的删除需要借助辅助指针，先找到要删除节点的前驱，然后进行删除。
           temp.next = temp.next.next;(temp为辅助指针)
           双向链表可以进行自我删除。 

双向链表与单向链表的优劣： 

优点：双链表结构比单链表结构更有优越性。

缺点：从存储结构来看，双向链表比单向链表多了一个指针，需要一个额外的、线性的内存使用量。（在32位操作系统中一个指针为4个字节，64位操作系统中一个指针为8个字节）。

双向链表的逻辑结构图解：

双向链表的具体操作： 

添加：
图解：

代码：

//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 ：
图解：

代码：

 //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：它实际上与单链表的删除是一样。

代码：

//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);
    }

双向链表实例：

用双向链表创建一个学生信息管理系统，完成对学生信息的添加，删除，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 + '}';
    }
}