简单介绍线性表以及如何实现双链表

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。

一、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：数据是连续的；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语言而言，多维数组本质上也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；对于C语言而言，若要提供动态数组，需要手动实现；而对于C++而言，STL提供了Vector；对于Java而言，Collection集合中提供了ArrayList和Vector。

二、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10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"。

单链表的特点是：节点的链接方向是单向的；相对于数组来说，单链表的的随机访问速度较慢，但是单链表删除/添加数据的效率很高。

三、双向链表
双向链表(双链表)是链表的一种。和单链表一样，双链表也是由节点组成，它的每个数据结点中都有两个指针，分别指向直接后继和直接前驱。所以，从双向链表中的任意一个结点开始，都可以很方便地访问它的前驱结点和后继结点。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10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"。

下面介绍双链表的实现，分别介绍C/C++/Java三种实现。

1. C实现双链表

实现代码
双向链表头文件(double_link.h)

#ifndef _DOUBLE_link_H
#define _DOUBLE_link_H
// 新建“双向链表”。成功，返回表头；否则，返回NULL
extern int create_dlink();
// 撤销“双向链表”。成功，返回0；否则，返回-1
extern int destroy_dlink();
// “双向链表是否为空”。为空的话返回1；否则，返回0。
extern int dlink_is_empty();
// 返回“双向链表的大小”
extern int dlink_size();
// 获取“双向链表中第index位置的元素”。成功，返回节点指针；否则，返回NULL。
extern void* dlink_get(int index);
// 获取“双向链表中第1个元素”。成功，返回节点指针；否则，返回NULL。
extern void* dlink_get_first();
// 获取“双向链表中最后1个元素”。成功，返回节点指针；否则，返回NULL。
extern void* dlink_get_last();
// 将“value”插入到index位置。成功，返回0；否则，返回-1。
extern int dlink_insert(int index, void *pval);
// 将“value”插入到表头位置。成功，返回0；否则，返回-1。
extern int dlink_insert_first(void *pval);
// 将“value”插入到末尾位置。成功，返回0；否则，返回-1。
extern int dlink_append_last(void *pval);
// 删除“双向链表中index位置的节点”。成功，返回0；否则，返回-1
extern int dlink_delete(int index);
// 删除第一个节点。成功，返回0；否则，返回-1
extern int dlink_delete_first();
// 删除组后一个节点。成功，返回0；否则，返回-1
extern int dlink_delete_last();
#endif

双向链表实现文件(double_link.c)

#include 
#include 

// 双向链表节点
typedef struct tag_node
{
struct tag_node *prev;
struct tag_node *next;
void* p;
}node;
// 表头。注意，表头不存放元素值！！！
static node *phead=NULL;
// 节点个数。
static int count=0;
// 新建“节点”。成功，返回节点指针；否则，返回NULL。
static node* create_node(void *pval)
{
node *pnode=NULL;
pnode = (node *)malloc(sizeof(node));
if (!pnode)
{
printf("create node error!n");
return NULL;
}
// 默认的，pnode的前一节点和后一节点都指向它自身
pnode->prev = pnode->next = pnode;
// 节点的值为pval
pnode->p = pval;
return pnode;
}
// 新建“双向链表”。成功，返回0；否则，返回-1。
int create_dlink()
{
// 创建表头
phead = create_node(NULL);
if (!phead)
return -1;
// 设置“节点个数”为0
count = 0;
return 0;
}
// “双向链表是否为空”
int dlink_is_empty()
{
return count == 0;
}
// 返回“双向链表的大小”
int dlink_size() {
return count;
}
// 获取“双向链表中第index位置的节点”
static node* get_node(int index)
{
if (index<0 || index>=count)
{
printf("%s failed! index out of bound!n", __func__);
return NULL;
}
// 正向查找
if (index <= (count/2))
{
int i=0;
node *pnode=phead->next;
while ((i++) < index)
pnode = pnode->next;
return pnode;
}
// 反向查找
int j=0;
int rindex = count - index - 1;
node *rnode=phead->prev;
while ((j++) < rindex)
rnode = rnode->prev;
return rnode;
}
// 获取“第一个节点”
static node* get_first_node()
{
return get_node(0);
}
// 获取“最后一个节点”
static node* get_last_node()
{
return get_node(count-1);
}
// 获取“双向链表中第index位置的元素”。成功，返回节点值；否则，返回-1。
void* dlink_get(int index)
{
node *pindex=get_node(index);
if (!pindex)
{
printf("%s failed!n", __func__);
return NULL;
}
return pindex->p;
}
// 获取“双向链表中第1个元素的值”
void* dlink_get_first()
{
return dlink_get(0);
}
// 获取“双向链表中最后1个元素的值”
void* dlink_get_last()
{
return dlink_get(count-1);
}
// 将“pval”插入到index位置。成功，返回0；否则，返回-1。
int dlink_insert(int index, void* pval)
{
// 插入表头
if (index==0)
return dlink_insert_first(pval);
// 获取要插入的位置对应的节点
node *pindex=get_node(index);
if (!pindex)
return -1;
// 创建“节点”
node *pnode=create_node(pval);
if (!pnode)
return -1;
pnode->prev = pindex->prev;
pnode->next = pindex;
pindex->prev->next = pnode;
pindex->prev = pnode;
// 节点个数+1
count++;
return 0;
}
// 将“pval”插入到表头位置
int dlink_insert_first(void *pval)
{
node *pnode=create_node(pval);
if (!pnode)
return -1;
pnode->prev = phead;
pnode->next = phead->next;
phead->next->prev = pnode;
phead->next = pnode;
count++;
return 0;
}
// 将“pval”插入到末尾位置
int dlink_append_last(void *pval)
{
node *pnode=create_node(pval);
if (!pnode)
return -1;

pnode->next = phead;
pnode->prev = phead->prev;
phead->prev->next = pnode;
phead->prev = pnode;
count++;
return 0;
}
// 删除“双向链表中index位置的节点”。成功，返回0；否则，返回-1。
int dlink_delete(int index)
{
node *pindex=get_node(index);
if (!pindex)
{
printf("%s failed! the index in out of bound!n", __func__);
return -1;
}
pindex->next->prev = pindex->prev;
pindex->prev->next = pindex->next;
free(pindex);
count--;
return 0;
}
// 删除第一个节点
int dlink_delete_first()
{
return dlink_delete(0);
}
// 删除组后一个节点
int dlink_delete_last()
{
return dlink_delete(count-1);
}
// 撤销“双向链表”。成功，返回0；否则，返回-1。
int destroy_dlink()
{
if (!phead)
{
printf("%s failed! dlink is null!n", __func__);
return -1;
}
node *pnode=phead->next;
node *ptmp=NULL;
while(pnode != phead)
{
ptmp = pnode;
pnode = pnode->next;
free(ptmp);
}
free(phead);
phead = NULL;
count = 0;
return 0;
}

双向链表测试程序(dlink_test.c)

#include 
#include "double_link.h"

// 双向链表操作int数据
void int_test()
{
int iarr[4] = {10, 20, 30, 40};
printf("n----%s----n", __func__);
create_dlink(); // 创建双向链表
dlink_insert(0, &iarr[0]); // 向双向链表的表头插入数据
dlink_insert(0, &iarr[1]); // 向双向链表的表头插入数据
dlink_insert(0, &iarr[2]); // 向双向链表的表头插入数据
printf("dlink_is_empty()=%dn", dlink_is_empty()); // 双向链表是否为空
printf("dlink_size()=%dn", dlink_size()); // 双向链表的大小
// 打印双向链表中的全部数据
int i;
int *p;
int sz = dlink_size();
for (i=0; iid, p->name);
}
destroy_dlink();
}
int main()
{
int_test(); // 演示向双向链表操作“int数据”。
string_test(); // 演示向双向链表操作“字符串数据”。
object_test(); // 演示向双向链表操作“对象”。
return 0;
}

运行结果

----int_test----
dlink_is_empty()=0
dlink_size()=3
dlink_get(0)=30
dlink_get(1)=20
dlink_get(2)=10
----string_test----
dlink_is_empty()=0
dlink_size()=3
dlink_get(0)=thirty
dlink_get(1)=twenty
dlink_get(2)=ten
----object_test----
dlink_is_empty()=0
dlink_size()=3
dlink_get(0)=[30, vic]
dlink_get(1)=[20, jody]
dlink_get(2)=[10, sky]

2. C++实现双链表

实现代码
双向链表文件(Doublelink.h)

#ifndef DOUBLE_link_HXX
#define DOUBLE_link_HXX
#include 
using namespace std;
template
struct DNode
{
public:
T value;
DNode *prev;
DNode *next;
public:
DNode() { }
DNode(T t, DNode *prev, DNode *next) {
this->value = t;
this->prev = prev;
this->next = next;
}
};
template
class Doublelink
{
public:
Doublelink();
~Doublelink();
int size();
int is_empty();
T get(int index);
T get_first();
T get_last();
int insert(int index, T t);
int insert_first(T t);
int append_last(T t);
int del(int index);
int delete_first();
int delete_last();
private:
int count;
DNode *phead;
private:
DNode *get_node(int index);
};
template
Doublelink::Doublelink() : count(0)
{
// 创建“表头”。注意：表头没有存储数据！
phead = new DNode();
phead->prev = phead->next = phead;
// 设置链表计数为0
//count = 0;
}
// 析构函数
template
Doublelink::~Doublelink()
{
// 删除所有的节点
DNode* ptmp;
DNode* pnode = phead->next;
while (pnode != phead)
{
ptmp = pnode;
pnode=pnode->next;
delete ptmp;
}
// 删除"表头"
delete phead;
phead = NULL;
}
// 返回节点数目
template
int Doublelink::size()
{
return count;
}
// 返回链表是否为空
template
int Doublelink::is_empty()
{
return count==0;
}
// 获取第index位置的节点
template
DNode* Doublelink::get_node(int index)
{
// 判断参数有效性
if (index<0 || index>=count)
{
cout << "get node failed! the index in out of bound!" << endl;
return NULL;
}
// 正向查找
if (index <= count/2)
{
int i=0;
DNode* pindex = phead->next;
while (i++ < index) {
pindex = pindex->next;
}
return pindex;
}
// 反向查找
int j=0;
int rindex = count - index -1;
DNode* prindex = phead->prev;
while (j++ < rindex) {
prindex = prindex->prev;
}
return prindex;
}
// 获取第index位置的节点的值
template
T Doublelink::get(int index)
{
return get_node(index)->value;
}
// 获取第1个节点的值
template
T Doublelink::get_first()
{
return get_node(0)->value;
}
// 获取最后一个节点的值
template
T Doublelink::get_last()
{
return get_node(count-1)->value;
}
// 将节点插入到第index位置之前
template
int Doublelink::insert(int index, T t)
{
if (index == 0)
return insert_first(t);
DNode* pindex = get_node(index);
DNode* pnode = new DNode(t, pindex->prev, pindex);
pindex->prev->next = pnode;
pindex->prev = pnode;
count++;
return 0;
}
// 将节点插入第一个节点处。
template
int Doublelink::insert_first(T t)
{
DNode* pnode = new DNode(t, phead, phead->next);
phead->next->prev = pnode;
phead->next = pnode;
count++;
return 0;
}
// 将节点追加到链表的末尾
template
int Doublelink::append_last(T t)
{
DNode* pnode = new DNode(t, phead->prev, phead);
phead->prev->next = pnode;
phead->prev = pnode;
count++;
return 0;
}
// 删除index位置的节点
template
int Doublelink::del(int index)
{
DNode* pindex = get_node(index);
pindex->next->prev = pindex->prev;
pindex->prev->next = pindex->next;
delete pindex;
count--;
return 0;
}
// 删除第一个节点
template
int Doublelink::delete_first()
{
return del(0);
}
// 删除最后一个节点
template
int Doublelink::delete_last()
{
return del(count-1);
}
#endif

双向链表测试文件(DlinkTest.cpp)

#include 
#include "Doublelink.h"
using namespace std;
// 双向链表操作int数据
void int_test()
{
int iarr[4] = {10, 20, 30, 40};
cout << "n----int_test----" << endl;
// 创建双向链表
Doublelink* pdlink = new Doublelink();
pdlink->insert(0, 20); // 将 20 插入到第一个位置
pdlink->append_last(10); // 将 10 追加到链表末尾
pdlink->insert_first(30); // 将 30 插入到第一个位置
// 双向链表是否为空
cout << "is_empty()=" << pdlink->is_empty() <* pdlink = new Doublelink();
pdlink->insert(0, sarr[1]); // 将 sarr中第2个元素 插入到第一个位置
pdlink->append_last(sarr[0]); // 将 sarr中第1个元素 追加到链表末尾
pdlink->insert_first(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
cout << "is_empty()=" << pdlink->is_empty() <* pdlink = new Doublelink();
pdlink->insert(0, arr_stu[1]); // 将 arr_stu中第2个元素 插入到第一个位置
pdlink->append_last(arr_stu[0]); // 将 arr_stu中第1个元素 追加到链表末尾
pdlink->insert_first(arr_stu[2]); // 将 arr_stu中第3个元素 插入到第一个位置
// 双向链表是否为空
cout << "is_empty()=" << pdlink->is_empty() <

示例说明
在上面的示例中，我将双向链表的"声明"和"实现"都放在头文件中。而编程规范告诫我们：将类的声明和实现分离，在头文件(.h文件或.hpp)中尽量只包含声明，而在实现文件(.cpp文件)中负责实现！

那么为什么要这么做呢？这是因为，在双向链表的实现中，采用了模板；而C++编译器不支持对模板的分离式编译！简单点说，如果在Doublelink.h中声明，而在Doublelink.cpp中进行实现的话；当我们在其他类中创建Doublelink的对象时，会编译出错。具体原因，可以参考"为什么C++编译器不能支持对模板的分离式编译"。
运行结果


----int_test----
is_empty()=0
size()=3
pdlink(0)=30
pdlink(1)=20
pdlink(2)=10
----string_test----
is_empty()=0
size()=3
pdlink(0)=thirty
pdlink(1)=twenty
pdlink(2)=ten
----object_test----
is_empty()=0
size()=3
pdlink(0)=[30, vic]
pdlink(1)=[20, jody]
pdlink(2)=[10, sky]


3. Java实现双链表
实现代码

双链表类(Doublelink.java)



public class Doublelink {
// 表头
private DNode mHead;
// 节点个数
private int mCount;
// 双向链表“节点”对应的结构体
private class DNode {
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;
}
}
// 构造函数
public Doublelink() {
// 创建“表头”。注意：表头没有存储数据！
mHead = new DNode(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;
}
// 返回链表是否为空
public boolean isEmpty() {
return mCount==0;
}
// 获取第index位置的节点
private DNode getNode(int index) {
if (index<0 || index>=mCount)
throw new IndexOutOfBoundsException();
// 正向查找
if (index <= mCount/2) {
DNode node = mHead.next;
for (int i=0; i rnode = mHead.prev;
int rindex = mCount - index -1;
for (int j=0; j node = new DNode(t, mHead, mHead.next);
mHead.next.prev = node;
mHead.next = node;
mCount++;
return ;
}
DNode inode = getNode(index);
DNode tnode = new DNode(t, inode.prev, inode);
inode.prev.next = tnode;
inode.next = tnode;
mCount++;
return ;
}
// 将节点插入第一个节点处。
public void insertFirst(T t) {
insert(0, t);
}
// 将节点追加到链表的末尾
public void appendLast(T t) {
DNode node = new DNode(t, mHead.prev, mHead);
mHead.prev.next = node;
mHead.prev = node;
mCount++;
}
// 删除index位置的节点
public void del(int index) {
DNode inode = getNode(index);
inode.prev.next = inode.next;
inode.next.prev = inode.prev;
inode = null;
mCount--;
}
// 删除第一个节点
public void deleteFirst() {
del(0);
}
// 删除最后一个节点
public void deleteLast() {
del(mCount-1);
}
}



测试程序(DlinkTest.java)





public class DlinkTest {
// 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 dlink = new Doublelink();
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()=%bn", dlink.isEmpty());
// 双向链表的大小
System.out.printf("size()=%dn", dlink.size());
// 打印出全部的节点
for (int i=0; i dlink = new Doublelink();
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()=%bn", dlink.isEmpty());
// 双向链表的大小
System.out.printf("size()=%dn", dlink.size());
// 打印出全部的节点
for (int i=0; i dlink = new Doublelink();
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()=%bn", dlink.isEmpty());
// 双向链表的大小
System.out.printf("size()=%dn", dlink.size());
// 打印出全部的节点
for (int i=0; i
----int_test----
isEmpty()=false
size()=3
dlink(0)=30
dlink(1)=20
dlink(2)=10
----string_test----
isEmpty()=false
size()=3
dlink(0)=thirty
dlink(1)=twenty
dlink(2)=ten
----object_test----
isEmpty()=false
size()=3
dlink(0)=[30, vic]
dlink(1)=[20, jody]
dlink(2)=[10, sky]

以上就是本文的全部内容，希望大家能够理解，对大家有所帮助。