数据结构与算法 | 单链表、双链表的增删改查（C++）

迈微AI研发社 06-02 109

前言：

现在兄弟们对“循环链表c实现”大约比较珍视，小伙伴们都需要分析一些“循环链表c实现”的相关文章。那么小编也在网上搜集了一些有关“循环链表c实现””的相关知识，希望兄弟们能喜欢，我们一起来了解一下吧！

本系列内容专为课程面向笔/面试的《数据结构与算法》总结性精讲开设，以图文并茂的方式讲解数据结构，让大家打牢基础，促进对课程内容的掌握，最后做到题解大神，大厂offer拿到手软！

单链表、双链表的增删改查0. 数据结构图文解析系列1. 线性表简介2. 单链表2.1 单向链表的节点结构2.2 单向链表的抽象数据结构2.3 单链表添加节点2.4 单链表删除节点2.5 单链表代码测试3. 双向链表3.1 双向链表节点结构3.2 双向链表的抽象数据结构3.3 双向链表添加节点3.4 双向链表删除节点3.5 双向链表代码测试

0. 数据结构图文解析系列1. 线性表简介

线性表是一种线性结构，它是由零个或多个数据元素构成的有限序列。线性表的特征是在一个序列中，除了头尾元素，每个元素都有且只有一个直接前驱，有且只有一个直接后继，而序列头元素没有直接前驱，序列尾元素没有直接后继。

数据结构中常见的线性结构有数组、单链表、双链表、循环链表等。线性表中的元素为某种相同的抽象数据类型。可以是C语言的内置类型或结构体，也可以是C++自定义类型。

2. 单链表

单向链表是链表的一种。链表由节点所构成，节点内含一个指向下一个节点的指针，节点依次链接成为链表。因此，链表这种数据结构通常在物理内存上是不连续的。链表的通常含有一个头节点，头节点不存放实际的值，它含有一个指针，指向存放元素的第一个节点。

2.1 单向链表的节点结构

//节点结构template <typename T>class Node{public :    T _value;    Node* _next;public:    Node() = default;    Node(T value, Node * next)        : _value(value), _next(next){}};

其中，

_value: 节点的值_next：指针，指向下一个节点2.2 单向链表的抽象数据结构

//单链表//phead: 链表的头节点。//count: 链表元素个数。template <typename T>class SingleLink{public:    typedef Node<T>*  pointer;    SingleLink();    ~SingleLink();     int size();                         //获取长度    bool isEmpty();                     //判空     Node<T>* insert(int index, T t); //在指定位置进行插入    Node<T>* insert_head(T t);         //在链表头进行插入    Node<T>* insert_last(T t);         //在链表尾进行插入     Node<T>*  del(int index);         //在指定位置进行删除    Node<T>*  delete_head();         //删除链表头    Node<T>*  delete_last();         //删除链表尾     T get(int index);                 //获取指定位置的元素    T get_head();                     //获取链表头元素    T get_last();                     //获取链表尾元素     Node<T>* getHead();                 //获取链表头节点 private :    int count;    Node<T> * phead;                 private :    Node<T> * getNode(int index);      //获取指定位置的节点};

2.3 单链表添加节点

链表的插入元素操作时间复杂度O（1），只需要进行指针的指向修改操作。

在2之后添加7：

为元素7构建节点。将节点2 的next指针指向节点7。将节点7的next指向节点3。（节点3 的位置要先保留起来）

/*在指定位置插入新节点*/template <typename T>Node<T>* SingleLink<T>::insert(int index, T t){    Node<T> * preNode = getNode(index);    if (preNode)    {        Node<T> *newNode = new Node<T>(t,preNode->_next);        preNode->_next = newNode;        count++;        return newNode;    }    return nullptr;};/*从头部插入*/template <typename T>Node<T>* SingleLink<T>::insert_head(T t){    return insert(0, t);};/*从尾部进行插入*/template <typename T>Node<T>* SingleLink<T>::insert_last(T t){    return insert(count, t);};

2.4 单链表删除节点

单链表的删除操作同样是一个时间复杂度O（1）的操作，它也只需要修改节点的指针指针后即可销毁被删除节点。

例如我们删除链表元素7：

相应的代码：

/*删除链表指定位置元素*/template <typename T>Node<T>* SingleLink<T>::del(int index){    if (isEmpty())        return nullptr;    Node<T>* ptrNode = getNode(index);    Node<T>* delNode = ptrNode->_next;    ptrNode->_next = delNode->_next;    count--;    delete delNode;    return ptrNode->_next;};/*删除头节点*/template<typename T>Node<T>* SingleLink<T>::delete_head(){    return del(0);};/*删除尾节点*/template<typename T>Node<T>*SingleLink<T>::delete_last(){    return del(count);};

2.5 单链表代码测试

int main(){    SingleLink<int> link;    for (int i = 0; i < 10; i++)    {        link.insert(i, i);    }    cout << link.size() << endl;     link.insert_head(1111);    link.insert_last(2222);     SingleLink<int>::pointer ptr = link.getHead();    while (ptr != nullptr)    {        cout << ptr->_value << endl;        ptr = ptr->_next;    }     getchar();    return 0;}

测试结果：

10111101234567892222

其他的操作较为简单，不在这里贴出代码，课程中有完整的程序。

3. 双向链表

单链表的节点链接是单方向的，要得到指定节点的前一个节点，必须从头遍历链表。双向链表是链表的一种。与单链表一样，双向节点由节点链接而成，每个节点含有两个指针，分别指向直接前驱与直接后继。从双向链表的任何一个节点开始都能够遍历整个链表。

我们将双向链表实现为双向循环链表，也即是最后一个元素的后继将指向头节点，整个链表形成一个循环。

例如，我们为元素1，2，3，4，5 构建一个双向循环链表

在图中：

表头为空。表头的前驱节点是节点5，表头的后继节点是节点1；节点1的前驱节点是表头，节点1的后继节点是节点2；节点2的前驱节点是节点1，节点2的后继节点是节点3；

…3.1 双向链表节点结构

双向循环的节点中，比单向链表中多了一个指向直接前驱的指针

/*双向链表的节点结构*/template <typename T>struct Node{public:    Node()= default;    Node(T value, Node<T>* preptr, Node<T>* nextptr)        :_value(value), pre_ptr(preptr), next_ptr(nextptr){} public:    T _value;    Node<T>* pre_ptr;    Node<T>* next_ptr;};

说明：

_value: 节点元素的值pre_ptr:指向直接前驱的指针next_ptr:指向直接后继的指针3.2 双向链表的抽象数据结构

双向链表类的定义与单链表相似。

/** 双向链表类*/template<typename T>class DoubleLink{public:    typedef Node<T>* pointer;public:    DoubleLink();    ~DoubleLink(){};public:    Node<T>* insert(int index, T value);    Node<T>* insert_front(T value);    Node<T>* insert_last(T value);     Node<T>* del(int index);    Node<T>* delete_front();    Node<T>* delete_last();     bool isEmpty();    int size();     T get(int index);    T get_front();    T get_last();    Node<T>* getHead(); private:    Node<T>* phead;    int count;private :    Node<T>* getNode(int index);};

3.3 双向链表添加节点

与单链表一样，双向链表添加节点的时间复杂度为O（1），它也只需要修改相关指针的指向。

/**将新节点插到第一个位置*/template <typename T>Node<T>* DoubleLink<T>::insert_front(T value){    Node<T>* newNode = new Node<int>(value, phead, phead->next_ptr);    phead->next_ptr ->pre_ptr= newNode;    phead->next_ptr = newNode;    count++;    return newNode;};/**将新节点插到链表尾部*/template <typename T>Node<T>* DoubleLink<T>::insert_last(T value){    Node<T> * newNode = new Node<int>(value, phead->pre_ptr, phead);    phead->pre_ptr->next_ptr = newNode;    phead->pre_ptr = newNode;    count++;    return newNode;};/**将节点位置插到index位置之前*/ template <typename T>Node<T>* DoubleLink<T>::insert(int index, T value){    if (index == 0)        return insert_front(value);     Node<T>* pNode = getNode(index);    if (pNode == nullptr)        return nullptr;    Node<T>* newNode = new Node<T>(value, pNode->pre_ptr, pNode);    pNode->pre_ptr->next_ptr = newNode;    pNode->pre_ptr = newNode;    count++;     return newNode;};

3.4 双向链表删除节点

双向链表的删除操作时间复杂度为O（1）.我们删除节点7：

/**删除链表第一个节点*返回删除后链表第一个节点*/template<typename T>Node<T>* DoubleLink<T>::delete_front(){    if (count == 0)    {        return nullptr;    }    Node<T>* pnode = phead->next_ptr;    phead->next_ptr = pnode->next_ptr;    pnode->next_ptr->pre_ptr = phead;    delete pnode;    count--;    return phead->next_ptr;};/**删除链表的末尾节点*返回删除后链表尾部元素*/template<typename T>Node<T>* DoubleLink<T>::delete_last(){    if (count == 0)    {        return nullptr;    }    Node<T>*pnode = phead->pre_ptr;    pnode->pre_ptr->next_ptr = phead;    phead->pre_ptr = pnode->pre_ptr;    delete pnode;    count--;    return phead->pre_ptr;}/**删除指定位置的元素**/template <typename T>Node<T>* DoubleLink<T>::del(int index){    if (index == 0)        return delete_front();    if (index == count - 1)        return delete_last();    if (index >= count)        return nullptr;    Node<T>* pnode = getNode(index);    pnode->pre_ptr->next_ptr = pnode->next_ptr;    pnode->next_ptr->pre_ptr = pnode->pre_ptr;     Node<T>* ptemp = pnode->pre_ptr;    delete pnode;    count--;    return ptemp;};

其他的接口实现都很简单，这里不再讲解。

3.5 双向链表代码测试

int main(){    DoubleLink<int> dlink;    //插入测试    for (int i = 0; i < 10; i++)    {        dlink.insert(0, i+10);    }    dlink.insert(0,  100);    dlink.insert_last(1000);    cout <<"链表长度:"<< dlink.size() << endl;     //删除测试    dlink.delete_front();    dlink.delete_last();    dlink.del(3);      DoubleLink<int>::pointer ptr = dlink.getHead();    ptr = ptr->next_ptr;    while (ptr != dlink.getHead())    {        cout << ptr->_value<<endl;        ptr = ptr->next_ptr;    }     getchar();    return 0;}

测试结果：