JavaScript实现双向链表
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## 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**。
* **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**。
* **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](https://www.bilibili.com/video/av86801505?from=search&seid=4967761411915016256)
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