双向链表

1.概念的引入

相信大家都使用过各种集合来进行开发,但是较少的人会去研究其内部的存储原理和调用方法,今天我就来带大家一起学习数据结构算法:双向链表

首先我们先来了解什么是缓存,以及数据在内存中的存储方式.

1.缓存是什么

如果cup读取数据时,每次读取都是从内存再到硬盘读取,那么效率就太低了.
所以可以预先把数据存到内存,然后cup下次从内存读取即可.

2.数据在内存中的存储方式

第1种.线性

所谓线性,就是内存是连续的
举例ArrayList或者数组:我们知道,数组存储数据的时候,当你申请100个大小,但是内存不足的时候就会导致内存不足而失败,或者即使你请求到了100个,但是你只存3个数据,那么就浪费内存了
=>优点:查找数据快(好比几个好朋友乘火车,车票都连在一起就好找了)
缺点:1,内存不足就失败;2.浪费内存(买了10张火车票,但是只有3个人乘车,那么就浪费了7张)

第2种.链接

内存是链接的(用于解决内存不足,解决线性(上面)问题的不足),比如不连续的空间也能存数据,比如买火车票,有火车票就卖给你,要几张卖几张,不连续位置的也卖.
=>优点:解决内存不足,解决内存浪费
缺点:找人比较慢(票不连续,不一定在一个车厢)

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节点的属性: 

多个节点的内部构造: 

代码思路

一.添加节点add(Object obj)

1.Node节点属性:
    prev:存放前节点(相当于地址,地址就是指针,指针就是地址)
    data:Object各种数据
    next:存放下节点
2.定义head,rear节点,当只有一个节点,那么head和rear同指一个节点
3.节点添加的方法add(Object obj)
    1.创建节点new Node(),即每加一个数据就创一个节点
    2.放数据
    3.把节点放入链表中
        1.如果头结点为空,那么头结点和尾节点都指向该节点
        2.如果头节点不为空
            1.往尾部添加
                原来的next指向新节点
                rear.next = note;
                新节点pre指向原节点,新节点也变成尾节点
                note.pre = rear
            (ps,有需求再设置往头部添加)
4.toString方法[元素1,元素2,元素3] while(head!=null)  if(head!=rear)append(head.data+","),***同temp代替head,否则会破坏head,影响后面的remove时head变才null了

添加节点过程图

二.删除节点数据remove(Object obj)

注意判断该节点:1.是head 2.还是 rear 3.还是中间某值

1.查找数据所在节点find(Object obj)
    1.从头结点开始遍历Note temp = head
    2.while循环(temp!=null) 如果找到是数据相同就停止
        判断数据相同的两标准 equals 和hashCode()
        否则temp = temp.next,下一个
    3.返回节点

2. 确实找到一个有该数据的节点if(delete!=null),然后有4种情况如果删的是以下的
    1.只有一个节点->既是头又是尾=>头尾都设空
    2.是头结点=>新节点变头节点,新节点的pre变null
    3.是尾节点=>新节点变尾节点,新节点的next变null
    4.是其他
        =>前一个节点的next=该节点的next
          后一个节点的pre = 该节点的pre;

删除节点过程图

三.修改数据update(Object oldData,Object newData)

1.找到data所在的节点find(oldData);
2.如果找到的节点不为空,就把data变成newData.

四.容器中是否包含数据contains(Object data)

1.同理根据find(data)
2.返回 !note==null即可,不为空就是有包含

五.可以改成增强泛型版,把所有的Object改成T,就可以增强为选择和泛型非泛型了

双向链表的迭代器

直接增强for循环或者迭代就报错,因为没实现接口iterable,该接口是所有集合的顶级接口.
1.实现iterable
2.重写iterator方法
    1.返回new Iterator()
        1.hasNext()方法
            返回是否有数据 Note temp = head
            temp==null;
        2.next()方法
            1.返回temp.data
            2.temp指向下一个.temp = temp.next
        3.remove()方法-不改变
3.ArrayList不给在增强for循环或者迭代器中做增删改,所以自己也可用设置,根据ArrayList的设计方法,同理,设置一个变量modCount.
    1.在自己的链表类成员变量定义
    2.在增删改的时候++;
    3.在迭代器里面设置一个标记=modCount.(此时和前面的链表操作后的情况值的大小相同);
    4.迭代过程中,如果再做了增删改的操作,就抛出异常.
        写在next()方法的首位,if(标记改变),也抛出concurrentMotificationExaption(不能做增删改)

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经过了详细的过程讲解,下面给出详细代码

3.完整代码:

public class DoubleLink<T> implements Iterable<T> {
    public class Note {

        Note prev;
        T data;
        Note next;
    }

    Note head;
    Note rear;
    public int modCount;

    // 默认增在后面,可相同的写个addLast(T data);
    public void add(T data) {
        Note note = new Note();
        // 加数据
        note.data = data;
        // 无数据
        if (head == null) {// 等同head == null && rear == null,head没有那rear肯定没有
            head = note;
            rear = note;
        }
        // 有数据,加到后面,尾节点并变成新的节点
        else {
            note.prev = rear;
            rear.next = note;
            rear = note;
        }
        modCount++;
    }

    public void addFirst(T data) {
        Note note = new Note();
        note.data = data;
        if (head == null) {
            head = note;
            rear = note;
        } else {
            // 只改这里即可,note的前面变成null,next变成旧头,旧头的pre变成note,(新头变成了note,***比别把note变成新头要符合)
            note.prev = null;
            note.next = head;
            head.prev = note;
            head = note;
        }
        modCount++;
    }

    // 删
    public void remove(T data) {
        // 找到所在数据所在节点
        Note delete = find(data);
        // 如果有该节点
        if (delete != null) {
            // 1.只有一个节点(那么该节点的pre和next都是null),都置空
            if (delete.prev == null && delete.next == null) {// 等同head==rear&&rear!=null;
                head = null;
                rear = null;
            }
            // 2.是头
            else if (delete.prev == null) {
                // 那么原本头结点的下一个的pre就变成null,头节点变成删除节点的后一个;
                delete.next.prev = null;
                head = delete.next;// 反过来写(delete.next=head)就不能给head赋值了,就会删除失效
            }
            // 3.是尾
            else if (delete.next == null) {
                // 尾巴的前一个的next变成null,尾巴变成新的尾巴
                delete.prev.next = null;
                rear = delete.prev;// 同理,不能反过来
            }
            // 4.是其他
            else {
                // 删除的前面的next指向删除的next
                delete.prev.next = delete.next;
                // 删除后面的pre = 删除的pre
                delete.next.prev = delete.prev;
            }
            modCount++;
        }
    }

    // 改
    public void update(T oldData, T newData) {
        Note note = find(oldData);
        note.data = newData;
        modCount++;
    }

    // 查
    public boolean contains(T data) {
        Note note = find(data);
        return note != null;
    }

    // 大小
    public int size() {
        int count = 0;
        Note temp = head;
        while (temp != null) {

            count++;
            temp = temp.next;
        }
        return count;
    }

    // 获取位置
    public T get(int index) {
        int size = size();// 防止超出
        if (index >= size) {
            throw new IndexOutOfBoundsException("没有此角标");
        }
        T data = null;
        // 定义成头
        Note temp = head;

        if (temp != null) {
            if (index == 0) {
                data = temp.data;
            } else {
                for (int i = 0; i < index; i++) {// 1的时候是第下一个,2的时候是下一个的下一个;
                    data = temp.next.data;
                }
            }
        }
        return data;
    }

    @Override
    public Iterator<T> iterator() {
        return new Iterator<T>() {
            Note temp = head;
            int flag = modCount;

            @Override
            public boolean hasNext() {// 判断是否有值,即判空
                return temp != null;
            }

            @Override
            public T next() {// 返回具体数据
                T data = temp.data;
                temp = temp.next;// 关键:取值后变成下一个节点
                // 发现迭代的过程中有改动
                if (flag != modCount) {
                    throw new ConcurrentModificationException("迭代过程不能修改");
                }
                return data;
            }

            @Override
            public void remove() {

            }
        };
    }

    /*--------------自定义堆栈,增加一个push,和poll尾部获取并移除--------------*/
    public void push(T data) {
        add(data);
    }
    //获取并从尾部移除
    public T poll() {
        T data = null;
        Note temp = rear;//从尾部拿;
        if (temp != null) {
            data = temp.data;
            //移除
            if (rear.prev != null) {
                //前面有节点
                rear.prev.next = null;
                rear = rear.prev;
            } else {
                //前面没节点
                rear = null;
                head = null;
            }
        } else {
            throw new EmptyStackException();
        }
        return data;
    }
    private Note find(T data) {
        Note temp = head;
        while (temp != null) {
            // System.out.println("data = " + data);//1234
            // System.out.println("temp.data = " + temp.data);//1234
            // System.out.println(1234 == 1234);//true
            // System.out.println(temp.data == data);//false ,因为data是T泛型
            // System.out.println(temp.data.equals(1234));//true
            // System.out.println(temp.data.equals(data));//true
            // 等于当前,返回当前
            if (temp.data.equals(data) && temp.data.hashCode() == data.hashCode()) {
                // 判断相同请用equals,发现用==有的数据居然不生效;最正规的方法是用equals+hashCode()==data.hashCode();
                return temp;
            } else {
                // 否则往下找,找不到可能为空,即没有下一个
                temp = temp.next;
            }
            /*
             * ==操作比较的是两个变量的值是否相等，对于引用型变量表示的是两个变量在堆中存储的地址是否相同，即栈中的内容是否相同。 equals操作表示的两个变量是否是对同一个对象的引用，即堆中的内容是否相同。
             *
             * ==比较的是2个对象的地址，而equals比较的是2个对象的内容。 显然，当equals为true时，==不一定为true；
             */
        }
        return temp;
    }

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder ms = new StringBuilder("[");
        Note temp = head;
        while (temp != null) {
            if (temp != rear) {
                ms.append(temp.data + ",");
            } else {
                ms.append(temp.data);
            }
            temp = temp.next;
        }
        return ms + "]";
    }
}

 

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下面我们通过创建测试类来测试代码的各项功能

public class Test{
    public static void main(String[] args) {
        Demo07_DoubleLink<Integer> dl = new Demo07_DoubleLink();
        /*--------------增后add--------------*/
        dl.add(123);
        dl.add(12345);
        /*--------------增前addFirst--------------*/
        dl.addFirst(77);
        dl.addFirst(717);
        System.out.println(dl);
        /*--------------删remvove--------------*/
        dl.remove(12345);
        dl.remove(717);
        System.out.println(dl);
        /*--------------改update--------------*/
        dl.update(77, 707);
        System.out.println(dl);
        /*--------------查contains--------------*/
        System.out.println("contains 123 ? " + dl.contains(123));
        /*--------------获取大小size--------------*/
        int size = dl.size();
        System.out.println("size = " + size);
        /*--------------获取元素get--------------*/
        int i0 = dl.get(1);
        int i1 = dl.get(0);
        // int i7 = dl.get(8);
        System.out.println("get : " + i0);
        System.out.println("get : " + i1);
        /*--------------迭代+增强for循环--------------*/
        // System.out.println("get : " + i7);
        // 迭代
        // for (Integer i : dl) {
        // System.out.println(i);
        // }
        // Iterator<Integer> iterator = dl.iterator();
        // while (iterator.hasNext()) {
        // Integer data = iterator.next();
        // if (data.equals(707)) {
        // dl.remove(data);
        // }
        // System.out.println(data);
        // }
        /*--------------自定义堆栈--------------*/
        System.out.println("----------------------自定义堆栈,并且自己加异常--------------------");
        int poll = dl.poll();
        System.out.println(poll);
        System.out.println(dl);
        System.out.println(dl.poll());
        System.out.println(dl);
    }
}

打印结果:

--------------------往后面添加--------------------
[123,12345]
--------------------往前面增加--------------------
[717,77,123,12345]
--------------------移除方法----------------------
[77,123]
--------------------修改方法----------------------
[707,123]
--------------------判断是否包含方法---------------
contains 123 ? true
--------------------获取大小的方法-----------------
size = 2
--------------------获取元素----------------------
get : 123
get : 707
-------------------迭代和增强for循环--------------
-------------------自定义堆栈,并且自己加异常--------
123
[707]
707
[]

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总结

以上就是双链表的相关学习,大家只要记住一下几点即可:

1.节点的3个属性pre,data,next
2.头节点和尾节点head,rear
3.要完成迭代,需要让类继承Iterable,仿制迭代过程不可修改