【數據結構】線性表之雙向鏈式線性表

public class DuLinkList<T> {
    // 定義一個內部類Node，Node實例表明鏈表的節點
    private class Node {
        // 保存節點的數據
        private T data;
        // 指向上個節點的引用
        private Node prev;
        // 指向下個節點的引用
        private Node next;
        public Node() {

        }
        public Node(T data, Node prev, Node next) {
            this.data = data;
            this.prev = prev;
            this.next = next;
        }
    }
    // 保存該鏈表的頭節點
    private Node header;
    // 保存該鏈表的尾節點
    private Node tail;
    // 保存該鏈表中已包含的節點數
    private int size;
    // 建立空鏈表
    public DuLinkList() {
        header = null;
        tail   = null;
    }
    // 以指定數據元素來建立鏈表，該鏈表只有一個元素
    public DuLinkList(T element) {
        header = new Node(element, null, null);
        // 只有一個節點,header和tail都是null
        tail = header;
        size++;
    }
    // 返回鏈表的長度
    public int length() {
        return size;
    }
    // 獲取鏈式線性表中索引爲index處的元素
    public T get(int index) {
        return getNodeByIndex(index).data;
    }
    // 根據索引index獲取指定位置的節點
    private Node getNodeByIndex(int index) {
        if (index < 0 || index > size - 1) {
            throw new IndexOutOfBoundsException("線性表索引越界");
        }
        if (index <= size / 2) {
            // 從header節點開始
            Node current = header;
            for (int i = 0; i <= size / 2 && current != null; i++, current = current.next) {
                if (i == index) {
                    return current;
                }
            }
        } else {
            // 從tail節點開始搜索
            Node current = tail;
            for (int i = size - 1; i > size / 2 && current != null; i--, current= current.prev) {
                if (i == index) {
                    return current;
                }
            }
        }
        return null;
    }
    // 查找鏈式線性表中指定元素的索引
    public int locate(T element) {
        // 從頭節點開始搜索
        Node current = header;
        for (int i = 0; i < size && current != null; i++, current = current.next) {
            if (current.data.equals(element)) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }
    // 採用尾插法爲鏈表添加新節點
    public void add(T element) {
        if (header == null) {
            header = new Node(element, null, null);
            // 只有一個節點，header、tail都指向該節點
            tail = header;
        } else {
            // 建立新節點，新節點的pre指向原tail節點
            Node newNode = new Node(element, tail, null);
            // 讓尾節點的next指向新增的節點
            tail.next = newNode;
            // 以新節點做爲新的尾節點
            tail = newNode;
        }
        size++;
    }
    // 採用頭插法爲鏈表添加新節點
    public void addAtHeader(T element) {
        // 建立新節點，讓新節點的next指向原來的header，並以新節點做爲新的header
        header = new Node(element, null, header);
        // 若是插入前是空鏈表
        if (tail == null) {
            tail = header;
        } else {
            header.prev = newNode;
            header = newNode;
        }
        size++;
    }
    // 向線性鏈式表的指定位置插入一個元素
    public void insert(T element, int index) {
        if (index < 0 || index > size) {
            throw new IndexOutOfBoundsException("線性表索引越界");
        }
        // 若是仍是空鏈表
        if (header == null) {
            add(element);
        } else {
            // 當index爲0時，也就是在鏈表頭處插入
            if (index == 0) {
                addAtHeader(element);
            } else {
                // 獲取插入點的前一個節點
                Node prev = getNodeByIndex(index - 1);
                // 獲取插入點的節點
                Node next = prev.next;
                // 讓新節點的next引用指向next節點，prev引用指向prev節點
                Node newNode = new Node(element, prev, next);
                // 讓prev的next指向新節點
                prev.next = newNode;
                // 讓prev的下一個節點的prev指向新節點
                next.prev = newNode;
                size++;
            }
        }
    }
    // 刪除鏈式線性表中指定索引處的元素
    public T delete(int index) {
        if (index < 0 || index > size - 1) {
            throw new IndexOutOfBoundsException("線性表索引越界");
        }
        Node del = null;
        // 若是被刪除的是header節點
        if (index == 0) {
            del = header;
            header = header.next;
            // 釋放新的header節點的prev引用
            header.prev = null;
            del.next = null;
        } else {
            // 獲取刪除點的前一個節點
            Node prev = getNodeByIndex(index - 1);
            // 獲取將要被刪除的節點
            del = prev.next;
            // 讓被刪除節點前一個節點的next指向被刪除節點的下一個節點
            prev.next = del.next;
            // 讓被刪除節點的下一個節點的prev指向prev節點
            if (del.next != null) {
                del.next.prev = prev;
            } else {
                tail = prev;
            }
            // 將被刪除節點的prev、next引用賦爲null
            del.prev = null;
            del.next = null;
        }
        size--;
        return del.data;
    }
    // 刪除鏈式線性表中最後一個元素
    public T remove() {
        return delete(size - 1);
    }
    // 判斷鏈式線性表是否爲空鏈表
    public boolean empty() {
        return size == 0;
    }
    // 清空線性表
    public void clear() {
        // 將底層數據全部元素賦爲null
        header = null;
        tail   = null;
        size   = 0;
    }
    public String toString() {
        // 鏈表爲空鏈表時
        if (empty()) {
            return "[]";
        } else {
            StringBuilder sb = new StringBuilder("[");
            for (Node current = header; current != null; current = current.next) {
                sb.append(current.data.toString() + ", ");
            }
            int len = sb.length();
            return sb.delete(len - 2, len).append("]").toString();
        }
    }
    public String reverseToString() {
        // 鏈表爲空鏈表時
        if (empty()) {
            return "[]";
        } else {
            StringBuilder sb = new StringBuilder("[");
            for (Node current = tail; current != null; current = current.prev) {
                sb.append(current.data.toString() + ", ");
            }
            int len = sb.length();
            return sb.delete(len - 2, len).append("]").toString();
        }
    }
}

public class DuLinkListTest {
    public static void main(String[] args) {
        DuLinkList<String> list = new DuLinkList<String>();
        list.insert("aaaa", 0);
        list.add("bbbb");
        list.insert("cccc",0);
        list.insert("dddd", 1);
        System.out.println("雙向鏈式線性表增長元素後列表：" + list.toString());
        list.delete(2);
        System.out.println("雙向鏈式線性表刪除元素後列表：" + list.toString());
        System.out.println("雙向鏈式線性表反置元素後列表：" + list.reverseToString());
        System.out.println("cccc在線性表中的位置：" + list.locate("cccc"));
        System.out.println("鏈表中索引1處的元素：" + list.get(1));
        list.remove();
        System.out.println("調用remove方法後的鏈表：" + list);
        list.delete(0);
        System.out.println("調用delete(0)後的鏈表：" + list);
    }
}