JavaScript实现双向链表
- 2020 年 3 月 8 日
- 筆記
JavaScript实现双向链表
一、双向链表简介
双向链表：既可以从头遍历到尾，又可以从尾遍历到头。也就是说链表连接的过程是双向的，它的实现原理是：一个节点既有向前连接的引用，也有一个向后连接的引用。
双向链表的缺点：
- 每次在插入或删除某个节点时，都需要处理四个引用，而不是两个，实现起来会困难些；
- 相对于单向链表，所占内存空间更大一些；
- 但是，相对于双向链表的便利性而言，这些缺点微不足道。
双向链表的结构：
- 双向链表不仅有head指针指向第一个节点，而且有tail指针指向最后一个节点；
- 每一个节点由三部分组成：item储存数据、prev指向前一个节点、next指向后一个节点；
- 双向链表的第一个节点的prev指向null；
- 双向链表的最后一个节点的next指向null；
双向链表常见的操作（方法）：
- append（element）：向链表尾部添加一个新的项；
- inset（position，element）：向链表的特定位置插入一个新的项；
- get（element）：获取对应位置的元素；
- indexOf（element）：返回元素在链表中的索引，如果链表中没有元素就返回-1；
- update（position，element）：修改某个位置的元素；
- removeAt（position）：从链表的特定位置移除一项；
- isEmpty（）：如果链表中不包含任何元素，返回trun，如果链表长度大于0则返回false；
- size（）：返回链表包含的元素个数，与数组的length属性类似；
- toString（）：由于链表项使用了Node类，就需要重写继承自JavaScript对象默认的toString方法，让其只输出元素的值；
- forwardString（）：返回正向遍历节点字符串形式；
- backwordString（）：返回反向遍历的节点的字符串形式；
二、封装双向链表类
2.0.创建双向链表类
先创建双向链表类DoubleLinklist，并添加基本属性，再实现双向链表的常用方法：
//封装双向链表类 function DoubleLinklist(){ //封装内部类：节点类 function Node(data){ this.data = data this.prev = null this.next = null } //属性 this.head = null this.tail ==null this.length = 0 }2.1.append(element)
代码实现：
//append方法 DoubleLinklist.prototype.append = data => { //1.根据data创建新节点 let newNode = new Node(data) //2.添加节点 //情况1：添加的是第一个节点 if (this.length == 0) { this.tail = newNode this.head = newNode //情况2：添加的不是第一个节点 }else { newNode.prev = this.tail this.tail.next = newNode this.tail = newNode } //3.length+1 this.length += 1 }过程详解：
添加节点时分为多种情况：
- 情况1：添加的是第一个节点：只需要让head和tail都指向新节点即可；
-
情况2：添加的不是第一个节点，如下图所示：只需要改变相关引用的指向即可。
- 通过：newNode.prev = this.tail：建立指向1；
- 通过：this.tail.next = newNode：建立指向2；
- 通过：this.tail = newNode：建立指向3
要注意改变变量指向的顺序，最后修改tail指向，这样未修改前tail始终指向原链表的最后一个节点。
测试代码：
//测试代码 //1.创建双向链表 let list = new DoubleLinklist() //2.测试append方法 list.append('aaa') list.append('bbb') list.append('ccc') console.log(list);测试结果：
- next方向：
- prev方向：
2.2.toString()汇总
代码实现：
//将链表转变为字符串形式 //一.toString方法 DoubleLinklist.prototype.toString = () => { return this.backwardString() } //二.forwardString方法 DoubleLinklist.prototype.forwardString = () => { //1.定义变量 let current =this.tail let resultString = "" //2.依次向前遍历，获取每一个节点 while (current) { resultString += current.data + "--" current = current.prev } return resultString } //三.backwardString方法 DoubleLinklist.prototype.backwardString = () => { //1.定义变量 let current = this.head let resultString = "" //2.依次向后遍历，获取每一个节点 while (current) { resultString += current.data + "--" current = current.next } return resultString }过程详解：
三种获取字符串的方法：toString（）、forwardString（）、backwardString（）实现原理相似，仅以backWardString方法为例：
- 定义current变量记录当前指向的节点。首先让current指向第一个节点，然后通过 current = current.next 依次向后遍历。在while循环中以(current)作为条件遍历链表，只要current ！= null就一直遍历，由此可获取链表所有节点的数据。
测试代码：
//测试代码 //1.创建双向链表 let list = new DoubleLinklist() //2.测试字符串方法 list.append('aaa') list.append('bbb') list.append('ccc') console.log(list.toString()); console.log(list.forwardString()); console.log(list.backwardString());测试结果：
2.3.insert(position,element)
代码实现：
//insert方法 DoubleLinklist.prototype.insert = (position, data) => { //1.越界判断 if (position < 0 || position > this.length) return false //2.根据data创建新的节点 let newNode = new Node(data) //3.插入新节点 //原链表为空 //情况1：插入的newNode是第一个节点 if (this.length == 0) { this.head = newNode this.tail = newNode //原链表不为空 }else { //情况2：position == 0 if (position == 0) { this.head.prev = newNode newNode.next = this.head this.head = newNode //情况3：position == this.length } else if(position == this.length){ this.tail.next = newNode newNode.prev = this.tail this.tail = newNode //情况4：0 < position < this.length }else{ let current = this.head let index = 0 while(index++ < position){ current = current.next } //修改pos位置前后节点变量的指向 newNode.next = current newNode.prev = current.prev current.prev.next = newNode current.prev = newNode } } //4.length+1 this.length += 1 return true//返回true表示插入成功 }过程详解：
插入节点可分为多种情况：
当原链表为空时：
- 情况1：插入的新节点是链表的第一个节点；只需要让head和tail都指向newNode即可。
当原链表不为空时：
- 情况2：当position == 0，即在链表的首部添加节点：如下图所示：
首先，通过：this.head.prev = newNode，改变指向1；
然后，通过：newNode.next = this.head，改变指向2；
最后，通过：this.head = newNode，改变指向3；
- 情况3：position == this.length，即在链表的尾部添加节点，如下图所示：
首先，通过：this.tail.next = newNode，改变指向1；（注意这里使用this.tail指向原链表最后一个节点，而不是this.head。因为当length>1时，this.head != this.tail。）
然后，通过：newNode.prev = this.tail，改变指向2；
最后，通过：this.tail = newNode，改变指向3；
- 情况4：0 < position < this.length，即在链表的中间插入新节点，假设在position = 1的位置插入，如下图所示：
首先，需要定义变量current按照之前的思路，通过while循环找到position位置的后一个节点，循环结束后index = position
如下图所示：当position = 1时，current就指向了Node2。这样操作current就等同于间接地操作Node2，还可以通过current.prev间接获取Node1。得到了newNode的前一个节点和后一个节点就可以通过改变它们的prev和next变量的指向来插入newNode了。
通过：newNode.next = current，改变指向1；
通过：newNode.prev = current.prev，改变指向2；
通过：current.prev.next = newNode，改变指向3；
注意必须最后才修改current.prev的指向，不然就无法通过current.prev获取需要操作的Node1了。
通过：current.prev = current，改变指向4；
测试代码：
//测试代码 //1.创建双向链表 let list = new DoubleLinklist() //2.测试insert方法 list.insert(0, '插入链表的第一个元素') list.insert(0, '在链表首部插入元素') list.insert(1, '在链表中间插入元素') list.insert(3, '在链表尾部插入元素') console.log(list); alert(list)测试结果：
2.4.get(position)
代码实现：
//get方法 DoubleLinklist.prototype.get = position => { //1.越界判断 if (position < 0 || position >= this.length) {//获取元素时position不能等于length return null } //2.获取元素 let current = null let index = 0 //this.length / 2 > position:从头开始遍历 if ((this.length / 2) > position) { current = this.head while(index++ < position){ current = current.next } //this.length / 2 =< position:从尾开始遍历 }else{ current = this.tail index = this.length - 1 while(index-- > position){ current = current.prev } } return current.data }过程详解：
定义两个变量current和index，按照之前的思路通过while循环遍历分别获取当前节点和对应的索引值index，直到找到需要获取的position位置后的一个节点，此时index = pos =x，然后return current.data即可。
如果链表的节点数量很多时，这种查找方式效率不高，改进方法为：
一定要通过this.length来获取链表的节点数否则就会报错。
- 当this.length / 2 > position：从头（head）开始遍历；
- 当this.length / 2 < position：从尾（tail）开始遍历；
测试代码：
//测试代码 //1.创建双向链表 let list = new DoubleLinklist() //2.测试get方法 list.append('a') list.append('b') list.append('b1') list.append('b2') list.append('b3') list.append('b4') list.append('b5') list.append('b6') list.append('b7') console.log(list.get(0)); console.log(list.get(7));测试结果：
2.5.indexOf(element)
代码实现：
//indexOf方法 DoubleLinklist.prototype.indexOf = data => { //1.定义变量 let current = this.head let index = 0 //2.遍历链表，查找与data相同的节点 while(current){ if (current.data == data) { return index } current = current.next index += 1 } return -1 } 过程详解：
以（current）作为条件，通过while循环遍历链表中的所有节点（停止条件为current = null）。在遍历每个节点时将current指向的当前节点的data和传入的data进行比较即可。
测试代码：
//测试代码 //1.创建双向链表 let list = new DoubleLinklist() //2.测试indexOf方法 list.append('a') list.append('b') list.append('c') console.log(list.indexOf('a')); console.log(list.indexOf('c'));测试结果：
2.7.update(position,element)
代码实现：
//update方法 DoubleLinklist.prototype.update = (position, newData) => { //1.越界判断 if (position < 0 || position >= this.length) { return false } //2.寻找正确的节点 let current = this.head let index = 0 //this.length / 2 > position:从头开始遍历 if (this.length / 2 > position) { while(index++ < position){ current = current.next } //this.length / 2 =< position:从尾开始遍历 }else{ current = this.tail index = this.length - 1 while (index -- > position) { current = current.prev } } //3.修改找到节点的data current.data = newData return true//表示成功修改 }过程详解：
以（index++ < position）为条件，通过while循环遍历链表中的节点（停止条件为index = position）。循环结束后，current指向需要修改的节点。
测试代码：
//测试代码 //1.创建双向链表 let list = new DoubleLinklist() //2.测试update方法 list.append('a') list.append('b') console.log(list.update(1, 'c')); console.log(list);测试结果：
2.8.removeAt(position)
代码实现：
//removeAt方法 DoubleLinklist.prototype.removeAt = position => { //1.越界判断 if (position < 0 || position >= this.length) { return null } //2.删除节点 //当链表中length == 1 //情况1：链表只有一个节点 let current = this.head//定义在最上面方便以下各种情况返回current.data if (this.length == 1) { this.head = null this.tail = null //当链表中length > 1 } else{ //情况2：删除第一个节点 if (position == 0) { this.head.next.prev = null this.head = this.head.next //情况3：删除最后一个节点 }else if(position == this.length - 1){ current = this.tail//该情况下返回被删除的最后一个节点 this.tail.prev.next = null this.tail = this.tail.prev }else{ //情况4：删除链表中间的节点 let index = 0 while(index++ < position){ current = current.next } current.next.prev = current.prev current.prev.next = current.next } } //3.length -= 1 this.length -= 1 return current.data//返回被删除节点的数据 }过程详解：
删除节点时有多种情况：
当链表的length = 1时：
- 情况1：删除链表中的所有节点：只需要让链表的head和tail指向null即可。
当链表的length > 1时：
-
情况2：删除链表中的第一个节点：
通过：this.head.next.prev = null，改变指向1；
通过：this.head = this.head.next，改变指向2；
虽然Node1有引用指向其它节点，但是没有引用指向Node1，那么Node1会被自动回收。
-
情况3：删除链表中的最后一个节点：
通过：this.tail.prev.next = null，修改指向1；
通过：this.tail = this.tail.prev，修改指向2；
- 情况4：删除链表中间的节点：
通过while循环找到需要删除的节点，比如position = x，那么需要删除的节点就是Node(x+1)，如下图所示：
通过：current.next.prev = current.prev，修改指向1；
通过：current.prev.next = current.next，修改指向2；
这样就没有引用指向Node(x+1)了（current虽指向Node(x+1)，但current时临时变量，该方法执行完就会被销毁），随后Node(x+1)就会被自动删除。
测试代码：
//测试代码 //1.创建双向链表 let list = new DoubleLinklist() //2.测试removeAt方法 list.append('a') list.append('b') list.append('c') console.log(list.removeAt(1)); console.log(list);测试结果：
2.9.其他方法
其他方法包括：remove(element)、isEmpty()、size()、getHead()、getTail()
代码实现：
/*--------------------其他方法-------------------*/ //八.remove方法 DoubleLinklist.prototype.remove = data => { //1.根据data获取下标值 let index = this.indexOf(data) //2.根据index删除对应位置的节点 return this.removeAt(index) } //九.isEmpty方法 DoubleLinklist.prototype.isEmpty = () => { return this.length == 0 } //十.size方法 DoubleLinklist.prototype.size = () => { return this.length } //十一.getHead方法：获取链表的第一个元素 DoubleLinklist.prototype.getHead = () => { return this.head.data } //十二.getTail方法：获取链表的最后一个元素 DoubleLinklist.prototype.getTail = () => { return this.tail.data }测试代码：
//测试代码 //1.创建双向链表 let list = new DoubleLinklist() /*------------其他方法的测试--------------*/ list.append('a') list.append('b') list.append('c') list.append('d') //remove方法 console.log(list.remove('a')); console.log(list); //isEmpty方法 console.log(list.isEmpty()); //size方法 console.log(list.size()); //getHead方法 console.log(list.getHead()); //getTead方法 console.log(list.getTail());测试结果：
2.10.完整实现
//封装双向链表 function DoubleLinklist(){ //封装内部类：节点类 function Node(data){ this.data = data this.prev = null this.next = null } //属性 this.head = null this.tail ==null this.length = 0 //常见的操作：方法 //一.append方法 DoubleLinklist.prototype.append = data => { //1.根据data创建新节点 let newNode = new Node(data) //2.添加节点 //情况1：添加的是第一个节点 if (this.length == 0) { this.tail = newNode this.head = newNode //情况2：添加的不是第一个节点 }else { newNode.prev = this.tail this.tail.next = newNode this.tail = newNode } //3.length+1 this.length += 1 } //二.将链表转变为字符串形式 //2.1.toString方法 DoubleLinklist.prototype.toString = () => { return this.backwardString() } //2.2.forwardString方法 DoubleLinklist.prototype.forwardString = () => { //1.定义变量 let current =this.tail let resultString = "" //2.依次向前遍历，获取每一个节点 while (current) { resultString += current.data + "--" current = current.prev } return resultString } //2.3.backwardString方法 DoubleLinklist.prototype.backwardString = () => { //1.定义变量 let current = this.head let resultString = "" //2.依次向后遍历，获取每一个节点 while (current) { resultString += current.data + "--" current = current.next } return resultString } //三.insert方法 DoubleLinklist.prototype.insert = (position, data) => { //1.越界判断 if (position < 0 || position > this.length) return false //2.根据data创建新的节点 let newNode = new Node(data) //3.插入新节点 //原链表为空 //情况1：插入的newNode是第一个节点 if (this.length == 0) { this.head = newNode this.tail = newNode //原链表不为空 }else { //情况2：position == 0 if (position == 0) { this.head.prev = newNode newNode.next = this.head this.head = newNode //情况3：position == this.length } else if(position == this.length){ this.tail.next = newNode newNode.prev = this.tail this.tail = newNode //情况4：0 < position < this.length }else{ let current = this.head let index = 0 while(index++ < position){ current = current.next } //修改pos位置前后节点变量的指向 newNode.next = current newNode.prev = current.prev current.prev.next = newNode current.prev = newNode } } //4.length+1 this.length += 1 return true//返回true表示插入成功 } //四.get方法 DoubleLinklist.prototype.get = position => { //1.越界判断 if (position < 0 || position >= this.length) {//获取元素时position不能等于length return null } //2.获取元素 let current = null let index = 0 //this.length / 2 > position:从头开始遍历 if ((this.length / 2) > position) { current = this.head while(index++ < position){ current = current.next } //this.length / 2 =< position:从尾开始遍历 }else{ current = this.tail index = this.length - 1 while(index-- > position){ current = current.prev } } return current.data } //五.indexOf方法 DoubleLinklist.prototype.indexOf = data => { //1.定义变量 let current = this.head let index = 0 //2.遍历链表，查找与data相同的节点 while(current){ if (current.data == data) { return index } current = current.next index += 1 } return -1 } //六.update方法 DoubleLinklist.prototype.update = (position, newData) => { //1.越界判断 if (position < 0 || position >= this.length) { return false } //2.寻找正确的节点 let current = this.head let index = 0 //this.length / 2 > position:从头开始遍历 if (this.length / 2 > position) { while(index++ < position){ current = current.next } //this.length / 2 =< position:从尾开始遍历 }else{ current = this.tail index = this.length - 1 while (index -- > position) { current = current.prev } } //3.修改找到节点的data current.data = newData return true//表示成功修改 } //七.removeAt方法 DoubleLinklist.prototype.removeAt = position => { //1.越界判断 if (position < 0 || position >= this.length) { return null } //2.删除节点 //当链表中length == 1 //情况1：链表只有一个节点 let current = this.head//定义在最上面方便以下各种情况返回current.data if (this.length == 1) { this.head = null this.tail = null //当链表中length > 1 } else{ //情况2：删除第一个节点 if (position == 0) { this.head.next.prev = null this.head = this.head.next //情况3：删除最后一个节点 }else if(position == this.length - 1){ current = this.tail//该情况下返回被删除的最后一个节点 this.tail.prev.next = null this.tail = this.tail.prev }else{ //情况4：删除链表中间的节点 let index = 0 while(index++ < position){ current = current.next } current.next.prev = current.prev current.prev.next = current.next } } //3.length -= 1 this.length -= 1 return current.data//返回被删除节点的数据 } /*--------------------其他方法-------------------*/ //八.remove方法 DoubleLinklist.prototype.remove = data => { //1.根据data获取下标值 let index = this.indexOf(data) //2.根据index删除对应位置的节点 return this.removeAt(index) } //九.isEmpty方法 DoubleLinklist.prototype.isEmpty = () => { return this.length == 0 } //十.size方法 DoubleLinklist.prototype.size = () => { return this.length } //十一.getHead方法：获取链表的第一个元素 DoubleLinklist.prototype.getHead = () => { return this.head.data } //十二.getTail方法：获取链表的最后一个元素 DoubleLinklist.prototype.getTail = () => { return this.tail.data } }三、链表结构总结
单向链表有head和next两个属性，双向链表有head、tail、next、prev四个属性。处理好它们的指向，相当于将它们正确地连接在一起，这样就组成了一条链，这就是简单链表的实现。
在实际开发中链表使用得非常多，比如Java中的LinkList就是双向链表。
3.1.注意点
- 在链表中current = current.next 可以从左往右看，看成是current –> current.next，即current指向current的下一个节点。
- 删除节点的原理：只要没有引用指向该对象，无论该对象是否有引用指向其他对象，该对象都会被回收（删除）。
- 参数中凡是有position的都要进行越界判断。
3.2.链表的增删改查
以双向链表为例：链表的增删改查无非就是获取链表中相应的节点改变其中的prev和next两个变量的指向。
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情况一：只需要head和tail两个变量就可以获取需要操作的变量（这里指的是能够轻松获取，当然你想通过head.next.next…或tail.prev.prev…来获取想要的节点也可以），在这种情况下链表的长度length：0 <= length <=2。
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情况二：不能靠tail和head来获取到需要操作的变量时，可采用while循环遍历的方式，找到需要操作的节点：
在这种情况下，如果我们想要在链表的position = x的位置插入新节点，那么可以通过current获取position的后一个节点Node(x+1)，通过current.prev获取position位置的前一个节点Node(x)；之后修改Node(x+1)和Node(x)中的prev和next两个变量的指向即可在pos=x 的位置插入新节点。
3.3.修改链表引用指向
应先修改newNode引用的指向，再修改其他引用
- 情况1：通过head和tail引用就能获取需要操作的节点时，最后更改head或tail变量的指向（因为它们分别指向链表的第一个和最后一个节点，获取其他节点时可能需要用到它们）。
- 情况2：使用current获取到需要操作的节点时，最后更改curren.next或current.prev的指向。因为current.next和current.prev表示的是Node(x+2)和Node(x)这两个节点，如下图所示，一旦变更它们的指向就无法获取Node(x)或Node(x+2)了，
3.4.遍历链表
积累两种遍历思路
- 获取指定的position = x 位置的后一个节点和索引值：
循环结束后index = position = x，变量current就指向了Node(x+1)，变量index的值为Node(x+1)的索引值x。
- 遍历链表中的所有节点：
当current.next = null时停止循环，此时current指向链表的最后一个节点。
参考资料：JavaScript数据结构与算法
