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Java实现数据结构——双链表

作者：神奇cpp | 2024-07-18 02:38:11

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Java实现数据结构——双链表

目录

一、前言

二、实现

2.1 类的创建

三、对链表操作实现

3.1 打印链表

3.2 插入数据

3.2.1 申请新节点

3.2.2 头插

​编辑

3.2.3 尾插

3.2.4 链表长度

3.2.5 任意位置插入

3.3 删除数据

3.3.1 头删

3.3.2 尾删

3.3.3 删除指定位置数据

3.3.4 删除指定数据

3.3.5 删除所有指定数据 

3.3.6 删除链表 

四、LinkedList

4.1 什么是 LinkedList

4.2 LinkedList 的使用

​编辑

4.2.1 LinkedList的构造方法

4.2.2 常用方法

​编辑

​编辑

五、ArrayList和LinkedList的区别

一、前言

更详细的理论请移步笔者的另一文章

http://t.csdnimg.cn/4Mtne

二、实现

2.1 类的创建

双向链表就是在单链表的基础上加上了一个 prev，存放上一个节点的地址

  1. public class MyLinkedList {
  2.     //    自己实现双向链表
  3.     static class ListNode {
  4.         int val;
  5.         ListNode prev;//前
  6.         ListNode next;//后
  7.  
  8.         public ListNode(int val) {
  9.             this.val = val;
  10.         }
  11.     }
  12.  
  13.     ListNode head = null;//头
  14.     ListNode last = null;//尾
  15. }

需要什么方法在后续再补充

三、对链表操作实现

3.1 打印链表

可正序打印

也可逆序打印

  1.  public void printHead() {
  2.         //正序打印
  3.         ListNode cur = this.head;
  4.         if (cur == null) {
  5.             System.out.println("当前链表为空!");
  6.             return;
  7.         }
  8.         while (cur != null) {
  9.             System.out.println(cur.val);
  10.             cur = cur.next;
  11.         }
  12.     }
  13.  
  14. public void printLast(){
  15.         //逆序打印
  16.         ListNode cur = this.last;
  17.         if(cur == null){
  18.             System.out.println("当前链表为空!");
  19.             return;
  20.         }
  21.         while (cur != null) {
  22.             System.out.println(cur.val);
  23.             cur = cur.prev;
  24.         }
  25.     }

3.2 插入数据

3.2.1 申请新节点

  1.    public ListNode buyNode(int data) {
  2. //    申请新节点
  3.         ListNode newnode = new ListNode(data);
  4.         return newnode;
  5.     }

3.2.2 头插

链表为空就让链表的 head 和 last 都等于这个新节点

若链表不为空

原头节点的 prev 保存新插入节点的地址

新插入节点的 next 保存原头节点的地址

新插入节点成为新的头节点

  1.  public void addFirst(int data) {
  2.         //头插
  3.         if (this.head == null) {
  4.             this.head = buyNode(data);
  5.             this.last = this.head;
  6.             return;
  7.         }
  8.         ListNode newnode = buyNode(data);
  9.         newnode.next = this.head;//新插入节点的 next 保存原头节点的地址
  10.         this.head.prev = newnode;//原头节点的 prev 保存新插入节点的地址
  11.         this.head = newnode;//新插入节点成为新的头节点
  12.     }

测试

  1.  public static void main(String[] args) {
  2.         MyLinkedList linkedList = new MyLinkedList();
  3.         linkedList.addFirst(1);
  4.         linkedList.addFirst(2);
  5.         linkedList.addFirst(3);
  6.         linkedList.addFirst(4);
  7.  
  8.         linkedList.printHead();
  9.         System.out.println("==============");
  10.         linkedList.printLast();
  11.     }

3.2.3 尾插

链表为空就让链表的 head 和 last 都等于这个新节点

若链表不为空

last.next 保存新插入节点的地址

新插入节点的 prev 保存 last 的地址

新插入节点成为 last 

  1. public static void main(String[] args) {
  2.         MyLinkedList linkedList = new MyLinkedList();
  3.         linkedList.addLast(5);
  4.         linkedList.addLast(6);
  5.         linkedList.addLast(7);
  6.         linkedList.addLast(8);
  7.  
  8.         linkedList.printHead();
  9.         System.out.println("==============");
  10.         linkedList.printLast();
  11.     }

测试

  1. public static void main(String[] args) {
  2.         MyLinkedList linkedList = new MyLinkedList();
  3.         linkedList.addLast(5);
  4.         linkedList.addLast(6);
  5.         linkedList.addLast(7);
  6.         linkedList.addLast(8);
  7.  
  8.         linkedList.printHead();
  9.         System.out.println("==============");
  10.         linkedList.printLast();
  11.     }

3.2.4 链表长度

  1.  public int size() {
  2.         //返回链表节点个数
  3.         ListNode cur = this.head;
  4.         int count = 0;
  5.         while (cur != null) {
  6.             count++;
  7.             cur = cur.next;
  8.         }
  9.         return count;
  10.     }

3.2.5 任意位置插入

插入时需要检查坐标的合法性

合法区间是[0,size()]

指定位置合法后

新节点的 prev 存储原位置节点 prev 的地址

新节点的 next 存储原位置节点的地址

原位置的 prev 存储为新节点的地址

原位置前一节点的 next 存储为新节点的地址

为方便观察修改一下打印方法

  1.   public void printHead() {
  2.         //正序打印
  3.         ListNode cur = this.head;
  4.         if (cur == null) {
  5.             System.out.println("当前链表为空!");
  6.             return;
  7.         }
  8.         while (cur != null) {
  9.             System.out.print(cur.val + " ");
  10.             cur = cur.next;
  11.         }
  12.     }
  13.  
  14.     public void printLast() {
  15.         //逆序打印
  16.         ListNode cur = this.last;
  17.         if (cur == null) {
  18.             System.out.println("当前链表为空!");
  19.             return;
  20.         }
  21.         while (cur != null) {
  22.             System.out.print(cur.val + " ");
  23.             cur = cur.prev;
  24.         }
  25.     }

测试

  1.  public static void main(String[] args) {
  2.         MyLinkedList linkedList = new MyLinkedList();
  3.         linkedList.addLast(5);
  4.         linkedList.addLast(6);
  5.         linkedList.addLast(7);
  6.         linkedList.addLast(8);
  7.         linkedList.printHead();
  8.         System.out.println();
  9.         System.out.println("==========");
  10.         linkedList.addAny(1, 99);
  11.         linkedList.addAny(2, 199);
  12.         linkedList.addAny(3, 299);
  13.         linkedList.addAny(0, 122);
  14.         linkedList.addAny(linkedList.size(), 999);
  15.         linkedList.printHead();
  16.  
  17.     }

 

3.3 删除数据

3.3.1 头删

由于此处是基础数据类型

不需要对节点中存储的数据进行置空

如果存储的是引用数据类型就需要置空

将原头节点置空

头节点的下一个节点成为新的头节点

新的头节点的 prev 需要置空

  1.   public void removeFirst() {
  2.         //头删
  3.         if (this.head == null) {
  4.             System.out.println("当前链表为空！");
  5.             return;
  6.         }
  7.         ListNode tmp = this.head.next;
  8. //        this.head.val = null;//由于此处是基础数据类型 不需要对节点中存储的数据进行置空 如果存储的是引用数据类型就需要置空
  9.         this.head = null;
  10.         this.head = tmp;
  11.         if(this.head == null){
  12.             this.last = null;
  13.         }else {
  14.             this.head.prev = null;//新的头节点的 prev 需要置空
  15.  
  16.         }
  17.     }

测试

  1.   public static void main(String[] args) {
  2.         MyLinkedList linkedList = new MyLinkedList();
  3.         linkedList.addFirst(1);
  4.         linkedList.addFirst(2);
  5.         linkedList.addFirst(3);
  6.         linkedList.addFirst(4);
  7.  
  8.         linkedList.printHead();
  9.  
  10.         linkedList.removeFirst();
  11.         System.out.println();
  12.         linkedList.printHead();
  13.  
  14.         linkedList.removeFirst();
  15.         System.out.println();
  16.         linkedList.printHead();
  17.  
  18.         linkedList.removeFirst();
  19.         System.out.println();
  20.         linkedList.printHead();
  21.  
  22.         linkedList.removeFirst();
  23.         System.out.println();
  24.         linkedList.printHead();
  25.     }

3.3.2 尾删

由于此处是基础数据类型

不需要对节点中存储的数据进行置空

如果存储的是引用数据类型就需要置空

尾节点的前一个节点成为新的尾节点

新的尾节点的 next 需要置空

  1.    public void removeLast() {
  2.         //尾删
  3.         if (this.last == null) {
  4.             System.out.println("当前链表为空！");
  5.             return;
  6.         }
  7. //        this.last.val = null;由于此处是基础数据类型 不需要对节点中存储的数据进行置空 如果存储的是引用数据类型就需要置空
  8.         ListNode tmp = this.last.prev;
  9.         this.last = null;
  10.         this.last = tmp;
  11.         if(this.last == null){
  12.             this.head = null;
  13.         }
  14.         else {
  15.             this.last.next = null;//新的尾节点的 next 需要置空
  16.  
  17.         }
  18.     }

测试

  1.     public static void main(String[] args) {
  2.         MyLinkedList linkedList = new MyLinkedList();
  3.         linkedList.addFirst(1);
  4.         linkedList.addFirst(2);
  5.         linkedList.addFirst(3);
  6.         linkedList.addFirst(4);
  7.  
  8.         linkedList.printHead();
  9.  
  10.         linkedList.removeLast();
  11.         System.out.println();
  12.         linkedList.printHead();
  13.  
  14.         linkedList.removeLast();
  15.         System.out.println();
  16.         linkedList.printHead();
  17.  
  18.         linkedList.removeLast();
  19.         System.out.println();
  20.         linkedList.printHead();
  21.  
  22.         linkedList.removeLast();
  23.         System.out.println();
  24.         linkedList.printHead();
  25.     }

3.3.3 删除指定位置数据

删除时需要检查坐标的合法性

合法区间是[0,size())

将删除位置前节点的 next 保存为删除节点位置后节点的地址

将删除位置后节点的 prev 保存为删除节点位置前节点的地址

  1.   public void removeAny(int index) {
  2.         if (this.head == null) {
  3.             System.out.println("当前链表为空！");
  4.             return;
  5.         }
  6.         if (index < 0 && index >= this.size()) {
  7.             throw new IndexillegalityException("下标不合法！");
  8.         }
  9.         if (index == 0) {
  10.             removeFirst();
  11.             return;
  12.         } else if (index == size() - 1) {
  13.             removeLast();
  14.             return;
  15.         }
  16.         ListNode cur = this.head;
  17.         while (index != 0) {
  18.             //找要删除的节点
  19.             cur = cur.next;
  20.             index--;
  21.         }
  22.         cur.prev.next = cur.next;
  23.         cur.next.prev = cur.prev;
  24.         cur = null;
  25.  
  26.     }

测试

  1.  public static void main(String[] args) {
  2.         MyLinkedList linkedList = new MyLinkedList();
  3.         linkedList.addFirst(1);
  4.         linkedList.addFirst(2);
  5.         linkedList.addFirst(3);
  6.         linkedList.addFirst(4);
  7.         linkedList.printHead();
  8.         System.out.println();
  9.  
  10.         linkedList.removeAny(1);
  11.         linkedList.printHead();
  12.         System.out.println();
  13.  
  14.         linkedList.removeAny(1);
  15.         linkedList.printHead();
  16.         System.out.println();
  17.  
  18.         linkedList.removeAny(1);
  19.         linkedList.printHead();
  20.         System.out.println();
  21.  
  22.         linkedList.removeAny(1);
  23.         linkedList.printHead();
  24.         System.out.println();
  25.     }

抛了一个空指针异常

说明在链表只剩下一个节点的时候需要特殊处理

  1.     public void removeAny(int index) {
  2.         if (this.head == null) {
  3.             System.out.println("当前链表为空！");
  4.             return;
  5.         }
  6.         if (index < 0 && index >= this.size()) {
  7.             throw new IndexillegalityException("下标不合法！");
  8.         }
  9.         if (index == 0) {
  10.             removeFirst();
  11.             return;
  12.         } else if (index == size() - 1) {
  13.             removeLast();
  14.             return;
  15.         }
  16.         ListNode cur = this.head;
  17.         while (index != 0) {
  18.             //找要删除的节点
  19.             cur = cur.next;
  20.             index--;
  21.         }
  22.         if(cur == null ){
  23.             //判断是否只有一个节点
  24.             //cur在移动后如果等于空，就说明一定只剩下一个节点
  25.             this.last = null;
  26.             this.head = null;
  27.         }else {
  28.             cur.prev.next = cur.next;
  29.             cur.next.prev = cur.prev;
  30.             cur = null;
  31.         }
  32.     }

3.3.4 删除指定数据

将删除位置前节点的 next 保存为删除节点位置后节点的地址

将删除位置后节点的 prev 保存为删除节点位置前节点的地址

对头和尾做单独处理

  1.  public void removeData(int data){
  2.         //删除指定数据
  3.         if (this.head == null) {
  4.             System.out.println("当前链表为空！");
  5.             return;
  6.         }
  7.         ListNode cur = this.head;
  8.         while (cur != null){
  9.             if(cur.val == data){
  10.                 if(cur == head){
  11.                     removeFirst();
  12.                     return;
  13.                 }else if(cur == last){
  14.                     removeLast();
  15.                     return;
  16.                 }else {
  17.                     cur.prev.next = cur.next;
  18.                     cur.next.prev = cur.prev;
  19.                 }
  20.             }
  21.             cur = cur.next;
  22.         }
  23.         System.out.println("当前链表中没有您要删除的数据");
  24.     }

测试

  1.  public static void main(String[] args) {
  2.         MyLinkedList linkedList = new MyLinkedList();
  3.         linkedList.addFirst(1);
  4.         linkedList.addFirst(2);
  5.         linkedList.addFirst(3);
  6.         linkedList.addFirst(4);
  7.         linkedList.printHead();
  8.         System.out.println();
  9.  
  10.         linkedList.removeData(4);
  11.         linkedList.printHead();
  12.         System.out.println();
  13.  
  14.         linkedList.removeData(3);
  15.         linkedList.printHead();
  16.         System.out.println();
  17.         
  18.         linkedList.removeData(2);
  19.         linkedList.printHead();
  20.         System.out.println();
  21.  
  22.         linkedList.removeData(1);
  23.         linkedList.printHead();
  24.     }

3.3.5 删除所有指定数据 

将链表中所有节点值等于 data 的节点全部删除

将3.3.4 的方法中进行删除后继续遍历链表

遇到节点值为 data 的继续删除即可

  1.   public void removeDataAll(int data){
  2.         //删除所有节点值为data的节点
  3.         if (this.head == null) {
  4.             System.out.println("当前链表为空！");
  5.             return;
  6.         }
  7.         boolean flg = false;
  8.  
  9.         ListNode cur = this.head;
  10.         while (cur != null){
  11.             if(cur.val == data){
  12.                 flg = true;
  13.                 if(cur == head){
  14.                     removeFirst();
  15.                 }else if(cur == last){
  16.                     removeLast();
  17.                 }else {
  18.                     cur.prev.next = cur.next;
  19.                     cur.next.prev = cur.prev;
  20.                 }
  21.             }
  22.             cur = cur.next;
  23.         }
  24.         if(!flg){
  25.             System.out.println("当前链表中没有您要删除的数据！");
  26.  
  27.         }else {
  28.             System.out.println("删除成功！");
  29.         }
  30.     }

测试

  1. public static void main(String[] args) {
  2.         MyLinkedList linkedList = new MyLinkedList();
  3.         linkedList.addFirst(4);
  4.         linkedList.addFirst(4);
  5.         linkedList.addFirst(4);
  6.         linkedList.addFirst(4);
  7.         linkedList.addFirst(2);
  8.         linkedList.addFirst(1);
  9.         linkedList.addFirst(5);
  10.         linkedList.addFirst(6);
  11.         linkedList.addFirst(4);
  12.  
  13.         linkedList.printHead();
  14.         System.out.println();
  15.  
  16.         linkedList.removeDataAll(4);
  17.         linkedList.printHead();
  18.         System.out.println();
  19.  
  20.     }

3.3.6 删除链表 

即将所有节点全部删除

让每个节点的 next ,prev 都置空

  1.   public void clear(){
  2.         //删除整个链表
  3.         if (this.head == null) {
  4.             System.out.println("当前链表为空！");
  5.             return;
  6.         }
  7.         ListNode cur = this.head;
  8.         while (cur!= null){
  9. //            cur.val = null;如果是引用数据类型就需要置空
  10.             ListNode tmp = cur.next;
  11.             cur.next = null;
  12.             cur.prev = null;
  13.             cur = tmp;
  14.         }
  15.         this.head = null;
  16.         this.last = null;
  17.     }

四、LinkedList

Java 中已经封装好了 LinkedList 类

4.1 什么是 LinkedList

LinkedList 官方文档 https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/LinkedList.html

LinkedList  的底层是双向链表结构 ( 链表后面介绍 ) ，由于链表没有将元素存储在连续的空间中，元
素存储在单独的节点中，然后通过引用将节点连接起来了，因此在在任意位置插入或者删除元素
时，不需要搬移元素，效率比较高。
1. LinkedList  实现了  List 接口
2. LinkedList  的底层使用了双向链表
3. LinkedList  没有实现  RandomAccess  接口，因此  LinkedList  不支持随机访问
4. LinkedList  的任意位置插入和删除元素时效率比较高，时间复杂度为 O(1)
5. LinkedList  比较适合任意位置插入的场景

4.2 LinkedList 的使用

4.2.1 LinkedList的构造方法

  1.     public static void main(String[] args) {
  2.         LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
  3.         LinkedList<Number> linkedList2 = new LinkedList<>();
  4.  
  5.     }

4.2.2 常用方法

方法功能
boolean add (E e)
尾插 e
void add (int index, E element)
将 e 插入到 index 位置
将 e 插入到 index 位置
boolean addAll (Collection<? extends E> c)
尾插 c 中的元素
E remove (int index)
删除 index 位置元素
E get (int index)
获取下标 index 位置元素
E set (int index, E element)
将下标 index 位置元素设置为 element
void clear ()
清空
boolean contains (Object o)
判断 o 是否在线性表中
int indexOf (Object o)
返回第一个 o 所在下标
int lastIndexOf (Object o)
返回最后一个 o 的下标
List<E> subList (int fromIndex, int toIndex)
截取部分 list
…………

这里只说说 addAll 和 subList

  1.  public static void main(String[] args) {
  2.         LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
  3.         linkedList.add(new Integer(2));
  4.         linkedList.add(new Integer(3));
  5.         linkedList.add(new Integer(4));
  6.         linkedList.add(new Integer(5));
  7.         System.out.println(linkedList);
  8.  
  9.         List<Integer> list2 = linkedList.subList(1,3);
  10.         System.out.println(list2);
  11.  
  12.         linkedList.set(1,10);
  13.         System.out.println(list2);
  14.     }

与 ArrayList 实现的 subList

subList 只是将对应区间的地址截取出来返回

而不是产生新的对象返回

与 ArrayList 实现的 addAll 类似

形参 c 的类型必须是实现了 Collection 接口 

且其中存放的数据必须是 E 本身或 E 的子类

  1.  public static void main(String[] args) {
  2.         LinkedList<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
  3.         linkedList.add(new Integer(2));
  4.         linkedList.add(new Integer(3));
  5.         linkedList.add(new Integer(4));
  6.         linkedList.add(new Integer(5));
  7.  
  8.         LinkedList<Number> linkedList2 = new LinkedList<>(linkedList);
  9.         System.out.println(linkedList);
  10.         System.out.println(linkedList2);
  11.         
  12.     }

五、ArrayList和LinkedList的区别

不同点
ArrayList
LinkedList
存储空间上
物理上一定连续
逻辑上连续，但物理上不一定连续
随机访问
支持 O(1)
不支持： O(N)
头插
需要搬移元素，效率低 O(N)
只需修改引用的指向，时间复杂度为 O(1)
插入
空间不够时需要扩容
没有容量的概念
应用场景
元素高效存储 + 频繁访问
任意位置插入和删除频繁

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