C++深入理解双向链表的设计与实现

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于 2024-09-06 06:30:00 发布 · 545 阅读

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深入理解双向链表的设计与实现

双向链表（Doubly Linked List）是一种常见的数据结构，它在每个节点中包含两个指针，分别指向前一个节点和后一个节点。相比于单向链表，双向链表的优势在于可以在O(1)时间内进行前向和后向遍历。本文将详细介绍如何设计一个支持插入、删除和查找操作的双向链表，并分析其实现细节。

一、双向链表的基本概念

双向链表是一种线性数据结构，其中每个节点包含三个部分：

数据域：存储节点的数据。
前驱指针：指向前一个节点。
后继指针：指向后一个节点。

双向链表的结构如下图所示：

NULL <- [prev | data | next] <-> [prev | data | next] <-> ... <-> [prev | data | next] -> NULL

二、双向链表的节点设计

在C++中，我们可以使用类来定义双向链表的节点。每个节点包含一个数据域和两个指针，分别指向前一个节点和后一个节点。以下是节点类的定义：

class Node {
   
   
public:
    int data;
    Node* prev;
    Node* next;

    Node(int val) : data(val), prev(nullptr), next(nullptr) {
   
   }
};

三、双向链表的类设计

双向链表类需要包含头指针和尾指针，以便于进行插入、删除和查找操作。以下是双向链表类的定义：

class DoublyLinkedList {
   
   
private:
    Node* head;
    Node* tail;

public:
    DoublyLinkedList() : head(nullptr), tail(nullptr) {
   
   }

    // 插入操作
    void insertAtBeginning(int val);
    void insertAtEnd(int val);
    void insertAfter(Node* prevNode, int val);

    // 删除操作
    void deleteNode(Node* delNode);

    // 查找操作
    Node* search(int val);

    // 打印链表
    void printList();
};

四、插入操作的实现

双向链表的插入操作可以分为三种情况：在链表的开头插入、在链表的末尾插入和在指定节点之后插入。

在链表的开头插入：

void DoublyLinkedList::insertAtBeginning(int val) {
   
   
    Node* newNode = new Node(val);
    if (head == nullptr) {
   
   
        head = tail = newNode;
    } else {
   
   
        newNode->next = head;
        head->prev = newNode;
        head = newNode;
    }
}