c# 数据结构 链表篇 有关双向链表的一切

news2025/4/16 9:00:19

        本人能力有限,如有不足还请斧正

目录

0.双向链表的好处

1.双向链表的分类

2.不带头节点的标准双向链表

节点类:有头有尾

链表类:也可以有头有尾 也可以只有头

头插

尾插

遍历

全部代码

3.循环双向链表

节点类

链表类

头插

尾插

遍历

全部代码


 

0.双向链表的好处

优势维度具体好处说明 / 示例对比单向链表的核心差异
双向遍历能力支持正向(next)和反向(prev)遍历,可灵活选择遍历方向- 可从任意节点出发,向前后两个方向遍历链表
- 例如:实现浏览器历史记录的 “前进 / 后退” 功能,直接通过 prev/next 指针操作
单向链表仅能单向遍历,反向操作需从头重新遍历
插入 / 删除效率已知当前节点时,插入 / 删除操作时间复杂度为 O (1),无需提前获取前驱节点- 插入时,通过当前节点的 prev 指针直接找到前驱,更新前后节点的指针即可
- 删除时,直接通过 prev 和 next 指针连接前后节点,无需遍历查找前驱
单向链表删除 / 插入节点时,若无前驱节点引用,需 O (n) 时间遍历查找前驱
定位便利性可直接通过节点的 prev 指针反向定位前驱节点,无需额外存储或遍历- 在链表中间节点操作时,无需维护额外变量记录前驱
- 例如:实现双向队列(双端队列)的头尾插入 / 删除操作,可直接通过指针快速定位
单向链表需从头遍历才能找到前驱节点,定位效率低
边界操作简化处理头节点和尾节点的插入 / 删除时更简单,无需特殊处理头指针(若带头节点)- 带头节点的双向链表中,头节点和尾节点的操作与中间节点逻辑一致
- 例如:删除头节点时,直接通过头节点的 next 找到第一个数据节点,更新其 prev 为 null(非循环情况)
单向链表删除头节点需单独处理头指针,边界条件易出错
应用场景适配适合需要双向操作或频繁前后移动的场景- 操作系统进程调度队列(需快速调整进程优先级,前后移动节点)
- LRU 缓存淘汰算法(需快速删除最近最少使用节点并插入到头部)
单向链表无法高效支持反向操作,需额外数据结构辅助
数据一致性指针操作更安全,减少空指针异常风险(尤其在循环双向链表中)- 循环双向链表中,头节点 prev 指向尾节点,尾节点 next 指向头节点,避免首尾指针为 null 的情况
- 适合对稳定性要求高的场景(如内核数据结构)
单向链表尾节点 next 为 null,反向遍历时易触发空指针错误
算法灵活性支持更复杂的算法逻辑,如双向搜索、回退操作- 在双向链表中实现 “双指针搜索”(如从头尾同时向中间遍历)
- 支持撤销操作(如文本编辑器的撤销 / 重做,通过双向指针回退历史版本)
单向链表需额外栈结构记录历史节点,增加空间复杂度

1.双向链表的分类

分类标准类型核心特点示意图(简化)典型应用场景
是否带头节点带头节点双向链表- 头部有一个固定的头节点(不存储数据),头节点的next指向第一个数据节点
- 尾节点的prev指向头节点(非循环时头节点prevnull
头节点(H) <-> 数据节点1 <-> 数据节点2 <-> ... <-> 尾节点(T)〔T.prev=H,H.next=数据节点1〕频繁进行插入 / 删除操作的场景(如链表初始化、边界操作更便捷)
(本文演示一)不带头节点双向链表- 直接以第一个数据节点作为头节点,头节点prevnull
- 尾节点nextnull
数据节点1 <-> 数据节点2 <-> ... <-> 尾节点(T)〔T.next=null,数据节点1.prev=null〕内存资源敏感场景(节省头节点空间)
是否循环非循环双向链表- 头节点prevnull,尾节点nextnull
- 链表头尾不相连
null <-> 头节点 <-> ... <-> 尾节点 <-> null单向遍历需求不高,但需双向操作的场景(如文件系统目录结构)
 循环双向链表- 头节点prev指向尾节点,尾节点next指向头节点
- 形成一个环形结构,可从任意节点出发遍历整个链表
头节点(H) <-> ... <-> 尾节点(T) <-> H循环数据处理(如循环缓冲区、操作系统进程调度队列)
节点结构扩展标准双向链表(和第一行重复)- 每个节点包含prev(前驱指针)和next(后继指针)
- 存储单一数据元素
节点: prev <-> data <-> next通用双向操作场景(如浏览器历史记录的前进 / 后退)
(本文不做演示)双向链表带附加属性- 节点额外包含其他属性(如优先级、时间戳等)
- 结构上仍保持双向指针
节点: prev <-> data <-> next <-> extra_attr复杂数据管理(如任务调度链表、带权重的链表)

2.不带头节点的标准双向链表

图解模型

每一个节点类Node 都有三个元素:前项 数据 后项

注意因为c#不用指针 所以所谓Prev和Next指向的都是节点类Node 

节点类:有头有尾

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

    public Node(int data, Node prev = null, Node next=null) { 
        this.data = data;
        this.prev = prev;
        this.next = next;
    }
}

链表类:也可以有头有尾 也可以只有头

        这里你可能会有一些疑问 怎么又出现了一个HeadNode和一个TailNode呢?
        这是因为链表类需要这两个去抽象的节点以方便管理

public class DoublyLinkedList {

    public Node headNode;
    public Node tailNode;

    public DoublyLinkedList() {
        headNode = tailNode = null;
    }

头插

乾坤大挪移

    public void HeadAdd(int data) {
        //如果链表为空
        if (headNode == null) { 
           headNode = tailNode = new Node(data);
        }

        //双向链表的特殊性: 修改头节点时,需要把新节点的前项 后项 都挂上
        Node newNode = new Node(data, null, headNode);
        headNode.prev = newNode;

        //改变链表头
        headNode = newNode;

    }

尾插

    public void TailAdd(int data) {
        //如果尾巴为空 说明头也没有 所以下面判断头尾都可以
        if (headNode  == null)
        {   //if (tailNode ==null)
            headNode = tailNode = new Node(data);
        }

        //双向链表的特殊性: 修改尾节点时,需要把新节点的前项 后项 都挂上
        Node newNode = new Node(data, tailNode, null);
        tailNode.next = newNode;

        //改变链表尾
        tailNode =newNode ;
    }

无需遍历找前驱节点 找到Target直接调换其前后指针指向即可

 public void DeleteValue(int data)
 {
     if (headNode == null) return;

     Node current = headNode;
     while (current != null)
     {
         if (current.data == data)
         {
             //如果匹配到了则可能出现以下情况:
             //1 删除的是头节点
             if (current.prev == null)
                 headNode = current.next;
             //2.删除的是尾巴
             if (current.next == null)
                 tailNode = current.prev;
             //3.删除的是中间节点
             current.prev.next = current.next;
            
             current.next.prev = current.prev;

             return;
         }
         current = current.next;
     }
 }

查询找到的第一个目标

    public bool SearchValue(int data)
    {
        if (headNode == null) return true;

        Node current = headNode;
        while (current != null)
        {
            if (current.data == data)
            {
                Console.WriteLine("找到了目标"+data);
                return true;
            }
            current = current.next;
        }
        Console.WriteLine("没有目标" + data);
        return false;
    }

        关于改就是查的子集 只需要加一两行代码即可 所以不做演示

遍历

可以双向遍历链表哦

 #region 遍历打印
    /// <summary>
    /// 正向打印链表:按顺序输出链表中每个节点的数据
    /// </summary>
    public void PrintListForward()
    {
        // 从链表头节点开始遍历
        Node current = headNode;
        while (current != null)
        {
            // 输出当前节点的数据
            Console.Write(current.data + " ");
            // 移动到下一个节点
            current = current.next;
        }
        Console.WriteLine();
    }

    /// <summary>
    /// 反向打印链表:按逆序输出链表中每个节点的数据
    /// </summary>
    public void PrintListBackward()
    {
        // 从链表尾节点开始遍历
        Node current = tailNode;
        while (current != null)
        {
            // 输出当前节点的数据
            Console.Write(current.data + " ");
            // 移动到前一个节点
            current = current.prev;
        }
        Console.WriteLine();
    }

全部代码

using System;

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

    public Node(int data, Node prev = null, Node next = null)
    {
        this.data = data;
        this.prev = prev;
        this.next = next;
    }
}

public class DoublyLinkedList
{
    public Node headNode;
    public Node tailNode;

    public DoublyLinkedList()
    {
        headNode = tailNode = null;
    }

    #region 增
    /// <summary>
    /// 头插法
    /// </summary>
    public void HeadAdd(int data)
    {
        //如果链表为空
        if (headNode == null)
        {
            headNode = tailNode = new Node(data);
        }
        else
        {
            //双向链表的特殊性: 修改头节点时,需要把新节点的前项 后项 都挂上
            Node newNode = new Node(data, null, headNode);
            headNode.prev = newNode;
            //改变链表头
            headNode = newNode;
        }
    }

    public void TailAdd(int data)
    {
        //如果尾巴为空 说明头也没有 所以下面判断头尾都可以
        if (headNode == null)
        {
            //if (tailNode ==null)
            headNode = tailNode = new Node(data);
        }
        else
        {
            //双向链表的特殊性: 修改尾节点时,需要把新节点的前项 后项 都挂上
            Node newNode = new Node(data, tailNode, null);
            tailNode.next = newNode;
            //改变链表尾
            tailNode = newNode;
        }
    }
    #endregion

    #region 删
    public void DeleteValue(int data)
    {
        if (headNode == null) return;

        Node current = headNode;
        while (current != null)
        {
            if (current.data == data)
            {
                //如果匹配到了则可能出现以下情况:
                //1 删除的是头节点
                if (current.prev == null)
                {
                    headNode = current.next;
                    if (headNode != null)
                    {
                        headNode.prev = null;
                    }
                    else
                    {
                        tailNode = null;
                    }
                }
                //2.删除的是尾巴
                else if (current.next == null)
                {
                    tailNode = current.prev;
                    tailNode.next = null;
                }
                //3.删除的是中间节点
                else
                {
                    current.prev.next = current.next;
                    current.next.prev = current.prev;
                }
                return;
            }
            current = current.next;
        }
    }
    #endregion

    #region 查询
    public bool SearchValue(int data)
    {
        if (headNode == null) return false;

        Node current = headNode;
        while (current != null)
        {
            if (current.data == data)
            {
                Console.WriteLine("找到了目标" + data);
                return true;
            }
            current = current.next;
        }
        Console.WriteLine("没有目标" + data);
        return false;
    }
    #endregion

    #region 遍历打印
    /// <summary>
    /// 正向打印链表:按顺序输出链表中每个节点的数据
    /// </summary>
    public void PrintListForward()
    {
        // 从链表头节点开始遍历
        Node current = headNode;
        while (current != null)
        {
            // 输出当前节点的数据
            Console.Write(current.data + " ");
            // 移动到下一个节点
            current = current.next;
        }
        Console.WriteLine();
    }

    /// <summary>
    /// 反向打印链表:按逆序输出链表中每个节点的数据
    /// </summary>
    public void PrintListBackward()
    {
        // 从链表尾节点开始遍历
        Node current = tailNode;
        while (current != null)
        {
            // 输出当前节点的数据
            Console.Write(current.data + " ");
            // 移动到前一个节点
            current = current.prev;
        }
        Console.WriteLine();
    }
    #endregion
}
    

3.循环双向链表

        循环链表就是将头节点的前项和尾节点的后项连到同一个节点

        简称:貂蝉在一起了 噗噗

  headNode.prev = newNode;
  tailNode.next = newNode;

节点类

并没有什么区别

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

    public Node(int data)
    {
        this.data = data;
        this.prev = null;
        this.next = null;
    }
}

链表类

也没有什么区别

public class DoublyCircularLinkedList
{
    public Node headNode;
    public Node tailNode;

    public DoublyCircularLinkedList()
    {
        headNode = tailNode = null;
    }

头插

只是将头节点的前项 和 尾节点的后项 连接在了一起

   /// <summary>
   /// 头插法
   /// </summary>
   public void HeadAdd(int data)
   {
       Node newNode = new Node(data);
       if (headNode == null)
       {
           headNode = tailNode = newNode;
           newNode.next = newNode;
           newNode.prev = newNode;
       }
       else
       {
           newNode.next = headNode;
           newNode.prev = tailNode;
           headNode.prev = newNode;
           tailNode.next = newNode;
           headNode = newNode;
       }
   }

尾插

    public void TailAdd(int data)
    {
        Node newNode = new Node(data);
        if (tailNode == null)
        {
            headNode = tailNode = newNode;
            newNode.next = newNode;
            newNode.prev = newNode;
        }
        else
        {
            newNode.next = headNode;
            newNode.prev = tailNode;
            tailNode.next = newNode;
            headNode.prev = newNode;
            tailNode = newNode;
        }
    }

    public void DeleteValue(int data)
    {
        if (headNode == null) return;

        Node current = headNode;
        do
        {
            if (current.data == data)
            {
                if (current.next == current)
                {
                    headNode = tailNode = null;
                }
                else
                {
                    if (current == headNode)
                    {
                        headNode = current.next;
                    }
                    if (current == tailNode)
                    {
                        tailNode = current.prev;
                    }
                    current.prev.next = current.next;
                    current.next.prev = current.prev;
                }
                return;
            }
            current = current.next;
        } while (current != headNode);
    }

    public bool SearchValue(int data)
    {
        if (headNode == null) return false;

        Node current = headNode;
        do
        {
            if (current.data == data)
            {
                Console.WriteLine("找到了目标" + data);
                return true;
            }
            current = current.next;
        } while (current != headNode);
        Console.WriteLine("没有目标" + data);
        return false;
    }

遍历

    #region 遍历打印
    /// <summary>
    /// 打印链表:按顺序输出链表中每个节点的数据
    /// </summary>
    public void PrintList()
    {
        if (headNode == null) return;

        Node current = headNode;
        do
        {
            Console.Write(current.data + " ");
            current = current.next;
        } while (current != headNode);
        Console.WriteLine();
    }
    #endregion

全部代码

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

    public Node(int data)
    {
        this.data = data;
        this.prev = null;
        this.next = null;
    }
}

public class DoublyCircularLinkedList
{
    public Node headNode;
    public Node tailNode;

    public DoublyCircularLinkedList()
    {
        headNode = tailNode = null;
    }

    #region 增
    /// <summary>
    /// 头插法
    /// </summary>
    public void HeadAdd(int data)
    {
        Node newNode = new Node(data);
        if (headNode == null)
        {
            headNode = tailNode = newNode;
            newNode.next = newNode;
            newNode.prev = newNode;
        }
        else
        {
            newNode.next = headNode;
            newNode.prev = tailNode;
            headNode.prev = newNode;
            tailNode.next = newNode;
            headNode = newNode;
        }
    }

    public void TailAdd(int data)
    {
        Node newNode = new Node(data);
        if (tailNode == null)
        {
            headNode = tailNode = newNode;
            newNode.next = newNode;
            newNode.prev = newNode;
        }
        else
        {
            newNode.next = headNode;
            newNode.prev = tailNode;
            tailNode.next = newNode;
            headNode.prev = newNode;
            tailNode = newNode;
        }
    }
    #endregion

    #region 删
    public void DeleteValue(int data)
    {
        if (headNode == null) return;

        Node current = headNode;
        do
        {
            if (current.data == data)
            {
                if (current.next == current)
                {
                    headNode = tailNode = null;
                }
                else
                {
                    if (current == headNode)
                    {
                        headNode = current.next;
                    }
                    if (current == tailNode)
                    {
                        tailNode = current.prev;
                    }
                    current.prev.next = current.next;
                    current.next.prev = current.prev;
                }
                return;
            }
            current = current.next;
        } while (current != headNode);
    }
    #endregion

    #region 查询
    public bool SearchValue(int data)
    {
        if (headNode == null) return false;

        Node current = headNode;
        do
        {
            if (current.data == data)
            {
                Console.WriteLine("找到了目标" + data);
                return true;
            }
            current = current.next;
        } while (current != headNode);
        Console.WriteLine("没有目标" + data);
        return false;
    }
    #endregion

    #region 遍历打印
    /// <summary>
    /// 打印链表:按顺序输出链表中每个节点的数据
    /// </summary>
    public void PrintList()
    {
        if (headNode == null) return;

        Node current = headNode;
        do
        {
            Console.Write(current.data + " ");
            current = current.next;
        } while (current != headNode);
        Console.WriteLine();
    }
    #endregion
}

 

 

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