数据结构Java实现：循环链表和双向链表

上篇教程给大家分享了单链表的概念，以及如何用 JAVA 实现一个单链表的结构。单链表是最基础的一种链表结构，在实际开发中的使用有一些局限性，比如只能单向往后查找节点，如果需要找到某元素的前驱节点，单链表是无法实现的，今天来给大家分享另外两个复杂一些的链表结构：循环链表和双向链表。

循环链表

循环链表本质上就是一种单链表，两者的不同之处在于链表中最后一个节点的指针指向哪里，在单链表中，末尾节点的指针指向空，如下图所示。

第一个元素 a 的指针指向 1008，即第二个元素 b 的首地址，b 的指针指向第三个元素 c 的内存地址 1020，没有第四个元素，所以 c 的指针指向空。

而在循环链表中，末尾节点的指针指向首节点，形成一个闭环，所以它叫循环链表，应该很好理解，如下图所示。

接下来用 Java 实现一个循环链表的结构，只需要在原有单链表的基础上稍作修改即可，如下所示。

package com.southwind.link;
public class Node {
 //数据
 public Object data;
 //下一个节点
 public Node next;
 public Node(Object data){
 this.data = data;
 }
}

package com.southwind.link;
public class LoopLinkedList {
 public int size;
 public Node head;
 /**
 * 添加元素
 * @param obj
 * @return
 */
 public Node add(Object obj){
 Node newNode = new Node(obj);
 if(size == 0){
 head = newNode;
 head.next = head;
 }else{
 Node target = head;
 while(target.next!=head){
 target = target.next;
 }
 target.next = newNode;
 newNode.next = head;
 }
 size++;
 return newNode;
 }
 /**
 * 在指定位置插入元素
 * @return
 */
 public Node insert(int index,Object obj){
 if(index >= size){
 return null;
 }
 Node newNode = new Node(obj);
 if(index == 0){
 newNode.next = head;
 head = newNode;
 }else{
 Node target = head;
 Node previous = head;
 int pos = 0;
 while(pos != index){
 previous = target;
 target = target.next;
 pos++;
 }
 previous.next = newNode;
 newNode.next = target;
 }
 size++;
 return newNode;
 }
 /**
 * 删除链表头部元素
 * @return
 */
 public Node removeHead(){
 if(size > 0){
 Node node = head;
 Node target = head;
 while(target.next!=head){
 target = target.next;
 }
 head = head.next;
 target.next = head;
 size--;
 return node;
 }else{
 return null;
 }
 }
 /**
 * 删除指定位置元素
 * @return
 */
 public Node remove(int index){
 if(index >= size){
 return null;
 }
 Node result = head;
 if(index == 0){
 head = head.next;
 }else{
 Node target = head;
 Node previous = head;
 int pos = 0;
 while(pos != index){
 previous = target;
 target = target.next;
 pos++;
 }
 previous.next = target.next;
 result = target;
 }
 size--;
 return result;
 }
 /**
 * 删除指定元素
 * @return
 */
 public Node removeNode(Object obj){
 Node target = head;
 Node previoust = head;
 if(obj.equals(target.data)){
 head = head.next;
 size--;
 }else{
 while(target.next!=null){
 if(obj.equals(target.next.data)){
 previoust = target;
 target = target.next;
 size--;
 break;
 }else{
 target = target.next;
 previoust = previoust.next;
 }
 }
 previoust.next = target.next;
 }
 return target;
 }
 /**
 * 返回指定元素
 * @return
 */
 public Node findNode(Object obj){
 Node target = head;
 while(target.next!=null){
 if(obj.equals(target.data)){
 return target;
 }else{
 target = target.next;
 }
 }
 return null;
 }
 /**
 * 输出链表元素
 */
 public void show(){
 if(size > 0){
 Node node = head;
 int length = size;
 System.out.print("[");
 while(length > 0){
 if(length == 1){
 System.out.print(node.data);
 }else{
 System.out.print(node.data+",");
 }
 node = node.next;
 length--;
 }
 System.out.println("]");
 }else{
 System.out.println("[]");
 }
 }
}

双向链表

双向链表是相对单链表来讲的，区别在于单链表中只有一个指针指向下一个节点，是单向连接的，只能从当前节点访问它的后继节点。而双向链表顾名思义是双向连接的，既可以从当前节点访问到后继节点，也可以访问到前驱节点，所以在双向链表中有两个指针，一个叫做后继指针，指向下一个节点，另一个叫做前驱指针，指向它的上一个节点，双向链表的结构如下图所示。

双向链表相比于单链表会占用更多的内存空间，因为多了一个指针来存储前驱节点的内存地址。虽然如此，但是在某些操作上，相比于单链表，双向链表可以极大地提升效率。

比如要删除链表中的某个节点，那么我们就需要获取到目标节点的前驱节点，然后将前驱节点的指针指向目标节点的下一个节点，如下图所示。

如上所示，删除节点必须先找到其前驱节点，在单链表中是不会记录元素的前驱节点的，所以必须从头开始遍历链表，直到找到目标节点的前驱节点，时间复杂度为 O(n)。

如果是双向链表的结构，每一个节点都会记录其前驱节点，可直接获取，所以此时的时间复杂度为 O(1)。

搞清楚了双向链表的概念，接下来我们用 Java 来实现双向链表的结构。

package com.southwind.link;
public class DoubleNode {
 //数据
 public Object data;
 //下一个节点
 public DoubleNode next;
 //上一个节点
 public DoubleNode previous;
 public DoubleNode(Object data){
 this.data = data;
 }
}

package com.southwind.link;
public class DoubleLinkedList {
 public int size;
 public DoubleNode head;
 /**
 * 添加元素
 * @param obj
 * @return
 */
 public DoubleNode add(Object obj){
 DoubleNode newNode = new DoubleNode(obj);
 if(size == 0){
 head = newNode;
 }else{
 DoubleNode target = head;
 while(target.next!=null){
 target = target.next;
 }
 target.next = newNode;
 newNode.previous = target;
 }
 size++;
 return newNode;
 }
 /**
 * 在指定位置插入元素
 * @return
 */
 public DoubleNode insert(int index,Object obj){
 if(index >= size){
 return null;
 }
 DoubleNode newNode = new DoubleNode(obj);
 if(index == 0){
 newNode.next = head;
 head.previous = newNode;
 head = newNode;
 }else{
 DoubleNode target = head;
 int pos = 0;
 while(pos != index){
 target = target.next;
 pos++;
 }
 newNode.previous = target.previous;
 newNode.previous.next = newNode;
 newNode.next = target;
 }
 size++;
 return newNode;
 }
 /**
 * 删除链表头部元素
 * @return
 */
 public DoubleNode removeHead(){
 if(size > 0){
 DoubleNode node = head;
 head = head.next;
 size--;
 return node;
 }else{
 return null;
 }
 }
 /**
 * 删除指定位置元素
 * @return
 */
 public DoubleNode remove(int index){
 if(index >= size){
 return null;
 }
 DoubleNode result = head;
 if(index == 0){
 DoubleNode node = head;
 head = head.next;
 }else{
 DoubleNode target = head;
 int pos = 0;
 while(pos != index){
 target = target.next;
 pos++;
 }
 target.previous.next = target.next;
 }
 size--;
 return result;
 }
 /**
 * 删除指定元素
 * @return
 */
 public DoubleNode removeNode(Object obj){
 DoubleNode target = head;
 if(obj.equals(target.data)){
 DoubleNode node = head;
 head = head.next;
 size--;
 }else{
 while(target.next!=null){
 if(obj.equals(target.data)){
 target.previous.next = target.next;
 size--;
 break;
 }
 target = target.next;
 }
 }
 return target;
 }
 /**
 * 返回指定元素
 * @return
 */
 public DoubleNode findNode(Object obj){
 DoubleNode target = head;
 while(target.next!=null){
 if(obj.equals(target.data)){
 return target;
 }else{
 target = target.next;
 }
 }
 if(target.next==null && obj.equals(target.data)){
 return target;
 }
 return null;
 }
 /**
 * 输出链表元素
 */
 public void show(){
 if(size > 0){
 DoubleNode node = head;
 int length = size;
 System.out.print("[");
 while(length > 0){
 if(length == 1){
 System.out.print(node.data);
 }else{
 System.out.print(node.data+",");
 }
 node = node.next;
 length--;
 }
 System.out.println("]");
 }else{
 System.out.println("[]");
 }
 }
}