C#集合本質(zhì)之鏈表的用法詳解

更新時(shí)間：2022年08月17日 08:41:58 作者：Darren?Ji

本文詳細(xì)講解了C#集合本質(zhì)之鏈表的用法，文中通過(guò)示例代碼介紹的非常詳細(xì)。對(duì)大家的學(xué)習(xí)或工作具有一定的參考借鑒價(jià)值，需要的朋友可以參考下

鏈表的由來(lái)和定義

在現(xiàn)實(shí)生活中，我們把不同的商品放在一個(gè)購(gòu)物車中。而在面向?qū)ο蟮氖澜缋?，有時(shí)候，也需要把不同類型的數(shù)據(jù)放到一起，組成一個(gè)集合。集合中的元素并不是彼此孤立的，在C#中，如何表達(dá)集合元素間的關(guān)系呢？

借助"自引用類"可以確立集合元素間的關(guān)系。比如有這樣一個(gè)自引用類：

public class Node
{
    public int Data{get;set;}
    public Node Next{get;set;}
    public Node(int dataValue)
    {}
}

Node類的最大特點(diǎn)是：存在一個(gè)Node類型的屬性，這個(gè)屬性指向Node的另一個(gè)實(shí)例，Next屬性也稱為"引用鏈"。放到集合的場(chǎng)景中來(lái)說(shuō)就是：把多個(gè)Node實(shí)例放到一個(gè)集合中，每一個(gè)Node實(shí)例包含一個(gè)Next屬性指向下一個(gè)Node實(shí)例。而該集合中的最后一個(gè)Node實(shí)例會(huì)指向null。用圖表示就是：

鏈表就是自引用類對(duì)象的線性集合，即序列。

由于每個(gè)自引用對(duì)象是由引用鏈鏈接起來(lái)，所以叫鏈表。堆棧與隊(duì)列是約束版的鏈表，而二叉查找數(shù)是非線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

鏈表的節(jié)點(diǎn)或元素雖然在邏輯上是連續(xù)的、線性的，當(dāng)其內(nèi)存不是連續(xù)存儲(chǔ)的；數(shù)組元素在內(nèi)存中是連續(xù)的，所以我們才可以通過(guò)索引來(lái)訪問(wèn)數(shù)組元素。

創(chuàng)建一個(gè)單向鏈表

首先創(chuàng)建一個(gè)節(jié)點(diǎn)，是一個(gè)自引用類：

namespace LinkedListLibrary
{
    public class ListNode
    {
        //當(dāng)前節(jié)點(diǎn)對(duì)象
        public object Data { get; private set; }
        //Next屬性也稱為鏈，指向另一個(gè)ListNode對(duì)象實(shí)例，這樣就把2個(gè)ListNode對(duì)象實(shí)例鏈接起來(lái)了
        public ListNode Next { get; set; }
        public ListNode(object dataValue): this(dataValue, null)
        {
            
        }
        public ListNode(object dataValue, ListNode nextNode)
        {
            Data = dataValue;
            Next = nextNode;
        }
    }
}

再模擬一個(gè)鏈表，如下：

namespace LinkedListLibrary
{
    public class List
    {
        private ListNode firstNode;
        private ListNode lastNode;
        private string name;
        public List(string listName)
        {
            name = listName;
            firstNode = lastNode = null;
        }
        public List() : this("list"){}
     
         ......
        //如果第一個(gè)節(jié)點(diǎn)是null，那就說(shuō)明集合為空
        public bool IsEmpty()
        {
            return firstNode == null;
        }
    }
}

以上，如果第一個(gè)節(jié)點(diǎn)為null，那就說(shuō)明該鏈表為空。List類提供了IsEmpty方法用來(lái)判斷鏈表是否為空。List還包含另外5個(gè)重要的方法，下面展開(kāi)來(lái)說(shuō)。

在鏈表的的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)前插入。

        //在最前面插入元素、節(jié)點(diǎn)
        public void InsertAtFront(object insertItem)
        {
            if (IsEmpty())//如果集合為空，加進(jìn)來(lái)一個(gè)元素，相當(dāng)于第一個(gè)節(jié)點(diǎn)和第二個(gè)節(jié)點(diǎn)相同，都是新加的元素
            {
                firstNode = lastNode = new ListNode(insertItem);
            }
            else //如果集合不為空，第一個(gè)節(jié)點(diǎn)就是新加的元素,原先的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)變?yōu)橄乱粋€(gè)節(jié)點(diǎn)
            {
                firstNode = new ListNode(insertItem, firstNode);
            }
        }

以上，當(dāng)集合不為空的情況下，實(shí)際上是把新添加的節(jié)點(diǎn)設(shè)為第一個(gè)節(jié)點(diǎn)，并把新的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的引用鏈指向原先的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

在鏈表的最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)后插入。

        public void InsertAtBack(object insertItem)
        {
            if (IsEmpty())//如果原先集合為空，第一個(gè)節(jié)點(diǎn)和最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)就是新加的節(jié)點(diǎn)
            {
                firstNode = lastNode = new ListNode(insertItem);
            }
            else//如果原先的集合不為空，最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的屬性值就是新加的節(jié)點(diǎn)
            {
                lastNode = lastNode.Next = new ListNode(insertItem);
            }
        }

以上，當(dāng)集合不為空的情況下，實(shí)際上是把新添加的節(jié)點(diǎn)設(shè)置成最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，并把新的最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的引用鏈指向null。

移除鏈表最前面的節(jié)點(diǎn)。

        //移除最前面的元素、節(jié)點(diǎn)
        //即重新設(shè)置第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的Next屬性
        public object RemoveFromFront()
        {
            if (IsEmpty())
                throw new EmptyListException(name);
            //從第一個(gè)節(jié)點(diǎn)中取出節(jié)點(diǎn)對(duì)象
            object removeItem = firstNode.Data;
            if (firstNode == lastNode) //如果集合中只有一個(gè)元素
            {
                firstNode = lastNode = null;
            }
            else //正常情況下，把firstNode的Next屬性所指向的節(jié)點(diǎn)賦值給第一個(gè)節(jié)點(diǎn)
            {
                firstNode = firstNode.Next;
            }
            return removeItem;
        }

以上，本質(zhì)是把原先排在第二位置的節(jié)點(diǎn)設(shè)置成第一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

移除鏈表最后面的節(jié)點(diǎn)。

        //移除最后面的元素、節(jié)點(diǎn)
        public object RemoveFromBack()
        {
            if (IsEmpty())
            {
                throw new EmptyListException();
            }
            //從最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)中獲取節(jié)點(diǎn)對(duì)象
            object removeItem = lastNode.Data;
            if (firstNode == lastNode)//如果當(dāng)前集合只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)
            {
                firstNode = lastNode = null;
            }
            else
            {
                //先把第一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)
                ListNode current = firstNode; 
                //改變除最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)之外的節(jié)點(diǎn)的值
                while (current.Next != lastNode)
                {
                    current = current.Next;
                }
                //最后current變成倒數(shù)第二個(gè)節(jié)點(diǎn)
                lastNode = current;
                current.Next = null;//最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的Next屬性為null，即沒(méi)有指向另一個(gè)節(jié)點(diǎn)
            }
            return removeItem;
        }

以上，從第一個(gè)節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，一直循環(huán)到倒數(shù)第二個(gè)節(jié)點(diǎn)，current就像一個(gè)指針，每指到一個(gè)節(jié)點(diǎn)，就把該節(jié)點(diǎn)的下面一個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)。最后，把倒數(shù)第二個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置為最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)。把Current的引用鏈設(shè)置為null，讓其能被垃圾回收機(jī)制回收。

打印鏈表。

        //打印顯示
        public void Display()
        {
            if (IsEmpty())
            {
                Console.WriteLine("集合" + name + "為空");
            }
            else
            {
                Console.WriteLine("集合的名稱是：" + name);
                //先把第一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)
                ListNode current = firstNode;
                while (current != null)
                {
                    //把當(dāng)前節(jié)點(diǎn)對(duì)象打印出來(lái)
                    Console.Write(current.Data + " ");
                    //把下一個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)
                    current = current.Next;
                }
                Console.WriteLine("\n");
            }
        }

以上，從第一個(gè)節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，一直循環(huán)到最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，current就像一個(gè)指針，每打印一個(gè)節(jié)點(diǎn)，就把當(dāng)前節(jié)點(diǎn)設(shè)置為下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，一直循環(huán)下去。

EmptyListException用來(lái)拋出鏈表為空的異常。

namespace LinkedListLibrary
{
    public class EmptyListException : Exception
    {
        public EmptyListException() : base("當(dāng)前集合為空"){}
        public EmptyListException(string name) : base("集合" + name + "為空"){}
        public EmptyListException(string exception, Exception inner) : base(exception, inner){}
    }
}

客戶端調(diào)用：

using LinkedListLibrary;
namespace ListTest
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            List list = new List();
            bool aBoolean = true;
            char aChar = 'a';
            int anInt = 12;
            string aStr = "hi";
            list.InsertAtFront(aBoolean);
            list.Display();
            list.InsertAtFront(aChar);
            list.Display();
            list.InsertAtBack(anInt);
            list.Display();
            list.InsertAtBack(aStr);
            list.Display();
            object removeObject;
            try
            {
                removeObject = list.RemoveFromFront();
                Console.WriteLine(removeObject + "被刪除了...");
                list.Display();
                removeObject = list.RemoveFromFront();
                Console.WriteLine(removeObject + "被刪除了...");
                list.Display();
                removeObject = list.RemoveFromBack();
                Console.WriteLine(removeObject + "被刪除了...");
                list.Display();
                removeObject = list.RemoveFromBack();
                Console.WriteLine(removeObject + "被刪除了...");
                list.Display();
            }
            catch (EmptyListException emptyListException)
            {
                Console.Error.WriteLine("\n" + emptyListException);
            }
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

其它鏈表

以上，創(chuàng)建的是單向鏈表，其特點(diǎn)是第一個(gè)節(jié)點(diǎn)開(kāi)始包含引用鏈，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的引用鏈指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的引用鏈為null。單向鏈表只能從一個(gè)方向遍歷。

環(huán)形單向鏈表與單向鏈表的區(qū)別是：其最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的引用鏈指向第一個(gè)節(jié)點(diǎn)。環(huán)形單向鏈表也只能從一個(gè)方向遍歷，只不過(guò)遍歷到最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)后，又回到第一個(gè)節(jié)點(diǎn)重新開(kāi)始遍歷。

雙向鏈表的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)只包含指向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的引用鏈，最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)只包含指向上一個(gè)節(jié)點(diǎn)的引用鏈，其它節(jié)點(diǎn)同時(shí)包含指向前一個(gè)節(jié)點(diǎn)和后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的引用鏈。雙向鏈表支持向前和向后遍歷。

環(huán)形雙向鏈表與雙向鏈表的區(qū)別是：第一個(gè)節(jié)點(diǎn)向后引用鏈指向最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，而最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的向前引用鏈指向第一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

以上就是這篇文章的全部?jī)?nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，謝謝大家對(duì)腳本之家的支持。如果你想了解更多相關(guān)內(nèi)容請(qǐng)查看下面相關(guān)鏈接

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