【数据结构】- 双向链表的实现

题目：

双向升序链表结构定义如下：
class Node {

        private int value;// 保存节点的数据
        
        private Node pre, next;// 保存上个节点的引用、指向下一个节点的引用
}
编程实现对该双向链表的插入、删除操作
public Node insert(Node head, int value);//返回头节点
public void delete(Node head, int value);

双向链表实现

package com.ruihai.collection.test;

/**
 * 双向升序链表
 * 
 * 参考Java.util包的LinkedList实现
 * @author shenruihai.com
 */
public class LinkedList {

    // 定义一个内部类Node，Node实例代表链表的节点
    private class Node {

        private int value;// 保存节点的数据
        
        private Node pre;// 保存上个节点的引用
       
        private Node next; // 指向下一个节点的引用

        // 无参构造器
        public Node() {
        }

        // 初始化全部属性的构造器
        public Node(int value, Node pre, Node next) {

            this.value = value;
            this.pre = pre;
            this.next = next;

        }
    }

    // 保存该链表的头节点
    private Node header;
    // 保存该链表的尾节点
    private Node tail;
    // 保存该链表中已包含的节点数
    private int size;

    // 创建空链表
    public LinkedList() {

        // 空链表，header和tail都是null
        header = null;
        tail = null;

    }

    // 以指定数据元素来创建链表，该链表只有一个元素
    public LinkedList(int element) {

        header = new Node(element, null, null);
        // 只有一个节点，header、tail都指向该节点
        tail = header;
        size++;

    }

    // 返回链表的长度
    public int length() {
        return size;
    }

    // 获取链式线性表中索引为index处的元素
    public int get(int index) {

        return getNodeByIndex(index).value;

    }

    // 根据索引index获取指定位置的节点
    public Node getNodeByIndex(int index) {

        if (index < 0 || index > size - 1) {
            throw new IndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
        }
        
        if (index <= size / 2) {

            // 从header节点开始
            Node current = header;
            for (int i = 0; i <= size / 2 && current != null; i++, current = current.next) {
                if (i == index) {

                    return current;

                }
            }

        } else {

            // 从tail节点开始搜索
            Node current = tail;
            for (int i = size - 1; i > size / 2 && current != null; i++, current = current.pre) {
                if (i == index) {

                    return current;

                }
            }
        }
        return null;
    }

    // 查找链式线性表中指定元素的索引
    public int locate(int element) {

        // 从头结点开始搜索
        Node current = header;
        for (int i = 0; i < size && current != null; i++, current = current.next) {

            if (String.valueOf(current.value).equals(element)) {
                return i;
            }

        }
        return -1;

    }

    // 向线性链表的指定位置插入一个元素
    public void insert(int element, int index) {

        if (index < 0 || index > size) {
            throw new IndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");
        }

        // 如果还是空链表
        if (header == null) {

            add(element);

        } else {

            // 当index为0时，也就是在链表头处插入
            if (index == 0) {

                addAtHeader(element);

            } else {

                // 获取插入点的前一个节点
                Node pre = getNodeByIndex(index - 1);
                // 获取插入点的节点
                Node next = pre.next;
                // 让新节点的next引用指向next节点，pre引用指向pre节点
                Node newNode = new Node(element, pre, next);
                // 让pre的next节点指向新节点
                pre.next = newNode;
                // 让pre的下一个节点的pre指向新节点
                next.pre = newNode;
                size++;
            }
        }
    }

    // 采用尾插法为链表添加新节点
    public void add(int element) {

        // 如果该链表还是空链表
        if (header == null) {

            header = new Node(element, null, null);
            // 只有一个节点，header、tail都指向该节点
            tail = header;

        } else {

            // 创建新节点，新节点的pre指向原tail节点
            Node newNode = new Node(element, tail, null);
            // 让尾节点的next指向新增的节点
            tail.next = newNode;
            // 以新节点作为新的尾节点
            tail = newNode;
        }
        size++;
    }

    // 采用头插法为链表添加新节点
    public void addAtHeader(int element) {
        // 创建新节点，让新节点的next指向原来的header
        // 并以新节点作为新的header
        header = new Node(element, null, header);
        // 如果插入之前是空链表
        if (tail == null) {

            tail = header;

        }
        size++;
    }

    // 删除链式线性表中指定索引处的元素
    public int delete(int index) {

        if (index < 0 || index > size - 1) {

            throw new IndexOutOfBoundsException("线性表索引越界");

        }
        Node del = null;
        // 如果被删除的是header节点
        if (index == 0) {

            del = header;
            header = header.next;
            // 释放新的header节点的pre引用
            header.pre = null;

        } else {

            // 获取删除节点的前一个节点
            Node pre = getNodeByIndex(index - 1);
            // 获取将要被删除的节点
            del = pre.next;
            // 让被删除节点的next指向被删除节点的下一个节点
            pre.next = del.next;
            // 让被删除节点的下一个节点的pre指向pre节点
            if (del.next != null) {

                del.next.pre = pre;

            }

            // 将被删除节点的pre、next引用赋为null
            del.pre = null;
            del.next = null;

        }
        size--;
        return del.value;
    }

    // 删除链式线性表中最后一个元素
    public int remove() {

        return delete(size - 1);

    }

    // 判断链式线性表是否为空表
    public boolean empty() {

        return size == 0;

    }

    // 清空线性表
    public void clear() {

        // 将底层数组所有元素赋为null
        header = null;
        tail = null;
        size = 0;

    }

    public String toString() {

        // 链表为空链表
        if (empty()) {

            return "[]";

        } else {

            StringBuilder sb = new StringBuilder("[");
            for (Node current = header; current != null; current = current.next) {
               
                sb.append(String.valueOf(current.value).toString() + ", ");

            }
            int length = sb.length();
            return sb.delete(length - 2, length).append("]").toString();

        }

    }

    // 倒序toString
    public String reverseToString() {

        if (empty()) {

            return "[]";

        } else {

            StringBuilder sb = new StringBuilder("[");
            for (Node current = tail; current != null; current = current.pre) {

                sb.append(String.valueOf(current.value).toString() + ", ");

            }
            int length = sb.length();
            return sb.delete(length - 2, length).append("]").toString();

        }

    }
    
}

小记：这是今天下午朋友发给我的一道面试题，看到的时候想：“这不就是考的双向链表嘛，链表这部分我还是很清楚的”，但是通过代码去实现的时候才发现双向链表通过代码实现还是比较麻烦的，最后参考LinkedList的源码，写了这段代码。