【 C# 】(一) ------------- 泛型带头节点的单链表,双向链表实现
在编程领域,数据结构与算法向来都是提升编程能力的重点。而一般常见的数据结构是链表,栈,队列,树等。事实上C#也已经封装好了这些数据结构,在头文件 System.Collections.Generic 中,直接创建并调用其成员方法就行。不过我们学习当然要知其然,亦知其所以然。
本文实现的是链表中的单链表和双向链表,并且实现了一些基本方法
一. 定义一个链表接口 MyList
接口里声明了我们要实现的方法:
二. 实现单链表
2.1 节点类
先定义一个单链表所用的节点类,Node。而且我们要实现泛型
先定义一个数据域和下一节点(“Next”),并进行封装,然后给出数个重载构造器。这一步比较简单,这里直接给出代码
2.2 链表类
创建一个链表类,命名为 LinkList 并继承 MyList。
先定义一个头结点,尾节点和一个 count;
其中,head 表示该链表的头部,不包含数据;
tail 表示尾节点,指向该链表最后一个节点,当链表中只有 head 时,tail 指向 head。定义 tail 会方便接下来的操作
count 用来表示该链表中除了 head 以外的节点个数
构造函数:
在我们实现成员函数之前,先实现两个特别的方法,因为在许多的成员方法中都要做两个操作:
- 判断索引 index 是否合法,即是否小于0或者大于当前链表的节点个数
- 寻找到 index 所代表的节点
①. 判断索引是否合法,然后可以根据其返回的数值进行判断操作
②. 寻找节点。
定义这两个方法主要是它们的重复使用率高,所以把它们的代码抽出来。
相对于数组,链表的插入与删除更方便,而查找却更加费时,一般都是从头结点开始遍历链表,时间复杂度为 O(n) ,而跳跃链表则会对查询进行优化,当然这会在下一篇中详述。现在继续来实现成员方法。
1. 获取链表长度
这个方法实际上是比较简单的,因为 count 会随着添加,删除等操作自动增减,所以直接返回 count 就相当于 链表长度。
需要注意的是,本文中的 count 是不计算空头结点的,即 head 不会计算入内
2. 清空链表
这里要注意对 tail 的操作,而 head.Next 原本所指的节点不再被引用后,会被GC自动回收
3. 判断链表是否为空
因为本文实现的链表是带空头结点的,所以这里认为,当除了头结点外没有别的节点时,则为空链表
4. 在链表尾部添加节点
在链表尾添加节点一般考虑两种情况:
- 当前除了头结点没有别的节点,此时相当于创建第一个节点
- 寻找到最后一个节点
对于带空头结点的链表来说,这两种情况有着一样的操作,只不过第一种情况要多做一步:让 head 指向新创建的节点
定义了 tail 节点省去了 遍历寻找最后节点的步骤,如果此时是空链表的话,tail 则指向 head
5. 在指定索引的前或后添加节点
这两个方法的思路实际上相差无几的
如图,当 index 为 F 时:
- AddPost: ① 找到 F 节点 ②创建 NEW 节点;③ NEW 节点指向 G;④ F 指向 NEW 节点
- AddPre : ① 找到 E 节点 ②创建 NEW 节点;③ NEW 节点指向 F ;④ E 指向 NEW 节点
AddPre 相当于 index - 1 处的 AddPost;AddPost 相当于 index + 1 处的 AddPre(当然,这是在 index -1 与 index + 1 合法的情况下)
6. 两种删除节点方法
- 按索引删除:找到索引所指节点,删除
- 按元素删除:找元素所在的索引;当找不到该元素时表明链表中不存在应该删除的节点,不执行删除操作;当链表中存在多个相同的元素时,找到并删除第一个
两种删除方法操作都是相似的,只是搜索节点的方法不同,删除时要严格注意节点间指向的,即注意书写代码时的顺序
7. 实现下标访问
这是个比较有趣的实现。前文说过对比于数组,链表胜于增减,弱于访问。对链表实现下标式访问,虽然它的内核依然是遍历链表,然后返回节点,但在使用上会方便许多,如同使用数组一般。
8. 根据索引返回元素
这个和 GetNode 方法一致
9. 根据元素返回索引地址
这个方法也是比较简单的,只是需要注意的一点是:while循环条件中 && 号两端的条件不能调换位置。因为如果调换位置后,当链表遍历到最后一个节点仍没找到元素时,pstr 会被赋值下一节点(此时为NULL),然后循环继续执行,执行到 !pstr.Data.Equals(item) 这一句时会报空指针,因为此时 pstr 就是空指针;还有因为这是泛型,所以判断两个值是否相等不能用 == 号,除非你重载 == 号。
10.打印链表
至此,所以的成员方法都实现了,先来测试一下。
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其它功能读者可以自行测试,完整代码:
三. 双向链表
双向链表在思路上和单链表差不多,只是多了一个指向上一个节点的 Prev,所以代码上要更小心地处理。具体就不多赘述了,直接给出代码吧
总结
事实上,链表是一种比较简单且常用的数据结构。实现起来并不困难,只是要小心谨慎。下一篇会说到跳跃链表,跳跃链表的效率更高。好了,希望本文能对大家有所帮助