双向链表的C++实现

双向链表的C++实现

双向链表与单向链表相比，各个结点多了一个指向前一个结点的指针。结构如图所示：



双向链表的结点定义如下：

#ifndef SIMPLENODE_HPP
#define SIMPLENODE_HPP
template<typename T>        //再定义一个模板  写双链表
class DoubleNode
{
public:
T element;
DoubleNode* prev;
DoubleNode* next;
DoubleNode(const T& theElement,DoubleNode* thePrev=NULL,DoubleNode* theNext=NULL)
:element(theElement),prev(thePrev),next(theNext) {}
//这里已经创建了一个双链表
};
#endif

在组成一个双向链表后，还需要补充一些功能，以便后续实现，模仿之前的单向链表：
1.定义这个双向链表类的构造函数及析构函数

2.清空链表内所有元素

3.给出元素位置再返回对应结点

4.返回链表内部元素个数

5.判断这个链表是否为空

6.返回链表首尾的元素值

7.查找元素是否在此链表内，如果在则返回所在位置

8.从首端到尾端输出链表上的各元素，以及反序输出链表上各元素

9.对链表插入元素以及删除元素

给出这个双向链表类框架，就像这样：

#ifndef DOUBLELINKLIST_HPP
#define DOUBLELINKLIST_HPP
#include<iostream>
#include"simplenode.hpp"
template<typename T>
class DoubleLinkList
{
private:
DoubleNode<T>* head;
DoubleNode<T>* tail;
int size;
DoubleNode<T>* GetPointAt(int pos)
{...}   //给出元素位置再返回其对应结点
public:
DoubleLinkList():head(),tail(),size(0) {}
~DoubleLinkList() {Clear();}
void Clear()
{...}
int Size() {...}   //返回元素个数
bool isempty() {... }
T GetHeadVal()
{...}
T GetTailVal()
{...}
int Find(T val)
{...}
void ShowAllVal()
{...}
void ReverseShowAllVal()
{...}

void AddBack(T val)
{...}
void AddFront(T val)
{...}
bool AddAt(T val,int pos)
{
DoubleNode<T>* pNode=NULL;
if (pos<=0 || pos>size)
{...}
if (pos==size)
AddBack(size);
else if (pos==1)
AddFront(1);
else
{...}
size++;
return true;
}
bool RemoveBack()
{
return RemoveAt(size);
}
bool RemoveFront()
{
return RemoveAt(1);
}
bool RemoveAt(int pos)
{
DoubleNode<T>* pNode=NULL;
if (isempty())
{...}
if (pos<=0 || pos>size)
{...}
if (size==1)
{
Clear();
}
if (pos==1)
{...}
else
{
DoubleNode<T>* pPreNode=GetPointAt(pos-1);
pNode=pPreNode->next;
if (pos==size)
{ ...}
else
{...}
delete pNode;
}
size--;
return true;
}
};
#endif

双向链表具体实现如下：

1.构造函数和析构函数：

DoubleLinkList():head(),tail(),size(0) {}
~DoubleLinkList() {Clear();}

2.清空链表内所有元素：

void Clear()
{
//从链表头到链表尾的方式逐个删除
const int nums=Size();
if (!isempty())
{
for (int k=1;k<=nums;++k)
{
DoubleNode<T>* temp=head->next;
delete head;
head=temp;
size--;
}
}
//如果链表本来就为空，就没必要再进for循环了
}

3.给出元素位置再返回对应结点：

DoubleNode<T>* GetPointAt(int pos)
{
DoubleNode<T>* pNode=NULL;
if (pos<=0 || pos>size)
std::cout<<"out of range"<<std::endl;
else
{
pNode=head;
for (int i=1;i<=pos-1;++i)
pNode=pNode->next;
}
return pNode;
}

要注意的是，遍历元素位置时避免pNode所获得的值越界，队首元素进不了for循环，改变不了pNode；队尾元素如果设置成i=1;i<=pos;++i，pNode会读取队尾的下一个值，那个值越界。最后就会返回一个未定义的元素。

4.返回首尾端元素、查找元素、正序反序输出链表所有元素、返回元素个数、判断链表是否为空：

T GetHeadVal()
{
if (isempty())
{
std::cout<<"the link list is empty"<<std::endl;
return NULL;
}
return head->element;
}
T GetTailVal()
{
if (isempty())
{
std::cout<<"the link list is empty"<<std::endl;
return NULL;
}
return tail->element;
}

int Find(T val)
{
int pos=1;    //从1号位，也就是链表首开始
DoubleNode<T>* findNode=head;
while (findNode!=NULL)
{
if (findNode->element==val)
return pos;
findNode=findNode->next;
pos++;
}
std::cout<<"we can't find it.return -1"<<std::endl;
return -1;
}

void ShowAllVal()
{
DoubleNode<T>* findNode=head;
while (findNode!=NULL)
{
std::cout<<findNode->element<<" ";
findNode=findNode->next;
}
std::cout<<std::endl;
}
void ReverseShowAllVal()
{
DoubleNode<T>* findNode=tail;
while (findNode!=NULL)
{
std::cout<<findNode->element<<" ";
findNode=findNode->prev;
}
std::cout<<std::endl;
}

int Size() {return size;}   //返回元素个数
bool isempty() {return size==0?true:false; }

5.链表中加入元素：

这里分四种情况讨论：

①插入元素位置越界

②在尾部插入元素

③在头部插入元素

④在其他位置插入元素

若插入元素成功，记得元素个数+1。这里用图示例非空链表尾部插入元素，其他情况读者们可以自己试着画图：



代码如下：

void AddBack(T val)
{
DoubleNode<T>* pNode=new DoubleNode<T>(val);
if (isempty())
{
head=pNode;
tail=pNode;
}
else
{
tail->next=pNode;
pNode->prev=tail;
tail=pNode;
}
size++;
}
void AddFront(T val)
{
DoubleNode<T>* pNode=new DoubleNode<T>(val);
if (isempty())
{
head=pNode;
tail=pNode;
}
else
{
head->prev=pNode;
pNode->next=head;
head=pNode;
}
size++;
}
bool AddAt(T val,int pos)
{
DoubleNode<T>* pNode=NULL;
if (pos<=0 || pos>size)
{
std::cout<<"out of range"<<std::endl;
return false;
}
if (pos==size)
AddBack(size);
else if (pos==1)
AddFront(1);
else
{
DoubleNode<T>* pPreNode=GetPointAt(pos-1);
pNode=new DoubleNode<T>(val);
pNode->next=pPreNode->next;
pNode->prev=pPreNode;
pPreNode->next->prev=pNode;
pPreNode->next=pNode;
}
size++;
return true;
}

6.链表中删除元素：

这里分五种情况讨论：

①链表为空

②删除元素位置越界

③在尾部删除元素

④在头部删除元素

⑤在其他位置删除元素

若删除元素成功，记得元素个数-1。这里用图示例非空链表其他位置删除元素，其他情况读者们可以自己试着画图：



代码如下：

bool RemoveBack()
{
return RemoveAt(size);
}
bool RemoveFront()
{
return RemoveAt(1);
}
bool RemoveAt(int pos)
{
DoubleNode<T>* pNode=NULL;
if (isempty())
{
std::cout<<"the link list is empty"<<std::endl;
return false;
}
if (pos<=0 || pos>size)
{
std::cout<<"out of range"<<std::endl;
return false;
}
if (size==1)
{
Clear();
}
if (pos==1)
{
pNode=head;
head=head->next;
head->prev=NULL;
delete pNode;
}
else
{
DoubleNode<T>* pPreNode=GetPointAt(pos-1);
pNode=pPreNode->next;
if (pos==size)
{
pPreNode->next=NULL;
tail=pPreNode;
}
else
{
pPreNode->next=pNode->next;
pNode->next->prev=pPreNode;
}
delete pNode;
}
size--;
return true;
}

最后将上述实现放入之前的框架中，就完成了最后双向链表的C++实现。

参考文献及链接：

1.《算法导论》2nd Thomas H.Cormen , Charles E.Leiserson , Ronald L.Rivest , Cliford Stein 著，潘金贵、顾铁成、李成法、叶懋译
2.《数据结构与算法分析 C++描述》 第3版 Mark Allen Weiss著，张怀勇等译
3.《C++标准模板库 -自修教程及参考手册-》 Nicolai M.Josuttis著，侯捷/孟岩译
4./article/8115604.html
5./article/10273253.html