Java数据结构和算法——数组、单向链表、双向链表

概要

线性表是一种线性结构，它是具有相同类型的n(n≥0)个数据元素组成的有限序列。本文先介绍线性表的几个基本组成部分：数组、单向链表（One-way LinkedList）、双向链表（two-way linked-list ）。

数组

数组有上界和下界，数组的元素在上下界内是连续的。

存储10、20、30、40、50的数组的示意图如下：

数组的特点：
1. 数据是连续的；
2. 随机访问速度快。

数组中稍微复杂一点的是多维数组和动态数组。

对于C语言来说，多维数组本质上是通过一维数组实现的，至于动态数组，是指数组的容量能动态增长的数组。

C语言实现动态数组需要手动实现，而对于C++而言，STL提供了Vector，对于Java语言而言，Collection集合则提供了ArrayList和Vector。

单向链表

单向链表（单链表）是链表的一种，它由节点组成，每个节点都包含下一个节点的指针。

单链表的示意图如下：

表头为空，表头的后继节点是”节点10”(数据为10的节点)，”节点10”的后继节点是”节点20”(数据为20的节点)，…

单链表删除节点

删除”节点30”

删除之前：”节点20” 的后继节点为”节点30”，而”节点30” 的后继节点为”节点40”。
删除之后：”节点20” 的后继节点为”节点40”。

单链表添加节点

在”节点10”与”节点20”之间添加”节点15”

添加之前：”节点10” 的后继节点为”节点20”。
添加之后：”节点10” 的后继节点为”节点15”，而”节点15” 的后继节点为”节点20”。

单链表特点

1. 节点的链接方向是单向的；
2. 与数组比较，单链表随机访问速度较慢，但是单链表删除和添加数据的效率很高。

双向链表

双向链表（双链表）也是链表的一种，和单链表一样，双链表也是由节点组成，他的每个数据节点都有两个指针，分别指向直接后继和直接前驱。所以，从双向链表的任何一个节点开始，都能方便的访问它的前驱节点和后继节点。一般我们都构造双向循环链表。

双链表的示意图如下：

表头为空，表头的后继节点为”节点10”(数据为10的节点)；”节点10”的后继节点是”节点20”(数据为20的节点)，”节点20”的前继节点是”节点10”；”节点20”的后继节点是”节点30”，”节点30”的前继节点是”节点20”；…；末尾节点的后继节点是表头。

双链表删除节点

删除”节点30”

删除之前：”节点20”的后继节点为”节点30”，”节点30” 的前继节点为”节点20”。”节点30”的后继节点为”节点40”，”节点40” 的前继节点为”节点30”。
删除之后：”节点20”的后继节点为”节点40”，”节点40” 的前继节点为”节点20”。

双链表添加节点

在”节点10”与”节点20”之间添加”节点15”

添加之前：”节点10”的后继节点为”节点20”，”节点20” 的前继节点为”节点10”。
添加之后：”节点10”的后继节点为”节点15”，”节点15” 的前继节点为”节点10”。”节点15”的后继节点为”节点20”，”节点20” 的前继节点为”节点15”。

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Java实现双链表

双链表类(DoubleLink.java)

package com.qq.main;public class DoubleLink<T> {    private DNode<T> mHead;    private int mCount;    // 双向链表“节点”对应的结构体    private class DNode<T> {        public DNode prev;        public DNode next;        public T value;        public DNode(T value, DNode prev, DNode next) {            this.value = value;            this.prev = prev;            this.next = next;        }    }    public DoubleLink() {        // 创建“表头”。注意：表头没有存储数据！        mHead = new DNode<T>(null, null, null);        mHead.prev = mHead.next = mHead;        // 初始化“节点个数”为0        mCount = 0;    }    // 返回节点数目    public int size() {        return mCount;    }    public boolean isEmpty() {        return mCount == 0;    }    // 获取第index位置的节点    public DNode<T> getNode(int index) {        if (index < 0 || index >= mCount)            throw new IndexOutOfBoundsException();        // 正向查找        if (index <= mCount / 2) {            DNode<T> node = mHead.next;// 获取第一个节点，从第一个节点开始            for (int i = 0; i < index; i++) {                node = node.next;            }            return node;        }        // 反向查找        DNode<T> rnode = mHead.prev;        int rindex = mCount - index - 1;        for (int i = 0; i < rindex; i++) {            rnode = rnode.prev;        }        return rnode;    }    // 获取第index位置的节点的值    public T get(int index) {        return getNode(index).value;    }    // 获取第1个节点的值    public T getFirst(int index) {        return getNode(0).value;    }    // 获取最后一个节点的值    public T getLast(int index) {        return getNode(mCount - 1).value;    }    // 将节点插入到第index位置之前    public void insert(int index, T t) {        if (0 == index) {            DNode<T> node = new DNode<T>(t, mHead, mHead.next);            mHead.next.prev = node;            mHead.next = node;            mCount++;        } else {            DNode<T> node = getNode(index);            DNode<T> tNode = new DNode<T>(t, node.prev, node);            node.prev.next = tNode;            node.next = tNode;            mCount++;        }    }    // 将节点插入第一个节点处    public void insertFirst(T t) {        insert(0, t);    }    // 删除index位置的节点    public void delete(int index) {        DNode<T> node = getNode(index);        node.prev.next = node.next;        node.next.prev = node.prev;        node = null;        mCount--;    }    // 删除第一个节点    public void deleteFirst() {        delete(0);    }    // 删除最后一个节点    public void deleteLast() {        delete(mCount - 1);    }    // 将节点追加到链表的末尾    public void appendLast(T t) {        DNode<T> node = new DNode<T>(t, mHead.prev, mHead);        mHead.prev.next = node;        mHead.prev = node;        mCount++;    }}

测试：

public class DlinkTest {    public static void main(String[] args) {        int_test();        string_test();        object_test();    }    // 双向链表操作int数据    private static void int_test() {        int[] iarr = { 10, 20, 30, 40 };        System.out.println("\n----int_test----");        // 创建双向链表        DoubleLink<Integer> dlink = new DoubleLink<Integer>();        dlink.insert(0, 20); // 将 20 插入到第一个位置        dlink.appendLast(10); // 将 10 追加到链表末尾        dlink.insertFirst(30); // 将 30 插入到第一个位置        // 双向链表是否为空        System.out.printf("isEmpty()=%b\n", dlink.isEmpty());        // 双向链表的大小        System.out.printf("size()=%d\n", dlink.size());        // 打印出全部的节点        for (int i = 0; i < dlink.size(); i++)            System.out.println("dlink(" + i + ")=" + dlink.get(i));    }    private static void string_test() {        String[] sarr = { "ten", "twenty", "thirty", "forty" };        System.out.println("\n----string_test----");        // 创建双向链表        DoubleLink<String> dlink = new DoubleLink<String>();        dlink.insert(0, sarr[1]); // 将 sarr中第2个元素 插入到第一个位置        dlink.appendLast(sarr[0]); // 将 sarr中第1个元素 追加到链表末尾        dlink.insertFirst(sarr[2]); // 将 sarr中第3个元素 插入到第一个位置        // 双向链表是否为空        System.out.printf("isEmpty()=%b\n", dlink.isEmpty());        // 双向链表的大小        System.out.printf("size()=%d\n", dlink.size());        // 打印出全部的节点        for (int i = 0; i < dlink.size(); i++)            System.out.println("dlink(" + i + ")=" + dlink.get(i));    }    private static void object_test() {        System.out.println("\n----object_test----");        // 创建双向链表        DoubleLink<Student> dlink = new DoubleLink<Student>();        dlink.insert(0, students[1]); // 将 students中第2个元素 插入到第一个位置        dlink.appendLast(students[0]); // 将 students中第1个元素 追加到链表末尾        dlink.insertFirst(students[2]); // 将 students中第3个元素 插入到第一个位置        // 双向链表是否为空        System.out.printf("isEmpty()=%b\n", dlink.isEmpty());        // 双向链表的大小        System.out.printf("size()=%d\n", dlink.size());        // 打印出全部的节点        for (int i = 0; i < dlink.size(); i++) {            System.out.println("dlink(" + i + ")=" + dlink.get(i));        }    }    // 内部类    private static class Student {        private int id;        private String name;        public Student(int id, String name) {            this.id = id;            this.name = name;        }        @Override        public String toString() {            return "[" + id + ", " + name + "]";        }    }    private static Student[] students = new Student[] {             new Student(10, "sky"),             new Student(20, "jody"),            new Student(30, "vic"),             new Student(40, "dan"),             };}

运行输出结果如下：

----int_test----isEmpty()=falsesize()=3dlink(0)=30dlink(1)=20dlink(2)=10----string_test----isEmpty()=falsesize()=3dlink(0)=thirtydlink(1)=twentydlink(2)=ten----object_test----isEmpty()=falsesize()=3dlink(0)=[30, vic]dlink(1)=[20, jody]dlink(2)=[10, sky]

每天进步一点点！

C和C++实现双链表的实现，请移步：
http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3561803.html

本文是对上面博客的学习和记录，更详细讲解请访问该博客。

2016.6.26 完成学习记录。