C#数据结构之单链表(LinkList)实例详解

本文实例讲述了C#数据结构之单链表(LinkList)实现方法。分享给大家供大家参考，具体如下：

这里我们来看下“单链表(LinkList)”。在上一篇《C#数据结构之顺序表(SeqList)实例详解》的最后，我们指出了：顺序表要求开辟一组连续的内存空间，而且插入/删除元素时，为了保证元素的顺序性，必须对后面的元素进行移动。如果你的应用中需要频繁对元素进行插入/删除，那么开销会很大。

而链表结构正好相反，先来看下结构：

每个元素至少具有二个属性：data和next。data用来存放数据，而next用来指出它后面的元素是谁(有点“指针”的意思)。

链表中的元素，通常也称为节点Node，下面是泛型版本的Node.cs

namespace 线性表
{
  public class Node<T>
  {
    private T data;
    private Node<T> next;
    public Node(T val, Node<T> p) 
    {
      data = val;
      next = p;
    }
    public Node(Node<T> p) 
    {
      next = p;
    }
    public Node(T val) 
    {
      data = val;
      next = null;
    }
    public Node() 
    {
      data = default(T);
      next = null;
    }
    public T Data 
    {
      get { return data; }
      set { data = value; }
    }
    public Node<T> Next 
    {
      get { return next; }
      set { next = value; }
    }
  }
}

链表在存储上并不要求所有元素按顺序存储，因为用节点的next就能找到下一个节点，这好象一根“用珠子串成的链子”，要找到其中的某一颗珠子，只要从第一颗节点(通常称为Head节点)开始，不断根据next指向找到下一个，直到找到需要的节点为止。

链表中需要有一个Head节点做为开始，这跟顺序表有所不同，下面是单链表的实现:

?

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using System; using System.Text; namespace 线性表 {    public class LinkList<T> : IListDS<T>    {      private Node<T> head;      public Node<T> Head      {        get { return head; }        set { head = value; }      }      public LinkList()      {        head = null ;      }      /// <summary>      /// 类索引器      /// </summary>      /// <param name="index"></param>      /// <returns></returns>      public T this [ int index]      {        get        {          return this .GetItemAt(index);        }      }      /// <summary>      /// 返回单链表的长度      /// </summary>      /// <returns></returns>      public int Count()      {        Node<T> p = head;        int len = 0;        while (p != null )        {          len++;          p = p.Next;        }        return len;      }      /// <summary>      /// 清空      /// </summary>      public void Clear()      {        head = null ;      }      /// <summary>      /// 是否为空      /// </summary>      /// <returns></returns>      public bool IsEmpty()      {        return head == null ;      }      /// <summary>      /// 在最后附加元素      /// </summary>      /// <param name="item"></param>      public void Append(T item)      {        Node<T> d = new Node<T>(item);        Node<T> n = new Node<T>();        if (head == null )        {          head = d;          return ;        }        n = head;        while (n.Next != null )        {          n = n.Next;        }        n.Next = d;      }      //前插      public void InsertBefore(T item, int i)      {        if (IsEmpty() || i < 0)        {          Console.WriteLine( "List is empty or Position is error!" );          return ;        }        //在最开头插入        if (i == 0)        {          Node<T> q = new Node<T>(item);          q.Next = Head; //把"头"改成第二个元素          head = q; //把自己设置为"头"          return ;        }        Node<T> n = head;        Node<T> d = new Node<T>();        int j = 0;        //找到位置i的前一个元素d        while (n.Next != null && j < i)        {          d = n;          n = n.Next;          j++;        }        if (n.Next == null ) //说明是在最后节点插入(即追加)        {          Node<T> q = new Node<T>(item);          n.Next = q;          q.Next = null ;        }        else        {          if (j == i)          {            Node<T> q = new Node<T>(item);            d.Next = q;            q.Next = n;          }        }      }      /// <summary>      /// 在位置i后插入元素item      /// </summary>      /// <param name="item"></param>      /// <param name="i"></param>      public void InsertAfter(T item, int i)      {        if (IsEmpty() || i < 0)        {          Console.WriteLine( "List is empty or Position is error!" );          return ;        }        if (i == 0)        {          Node<T> q = new Node<T>(item);          q.Next = head.Next;          head.Next = q;          return ;        }        Node<T> p = head;        int j = 0;        while (p != null && j < i)        {          p = p.Next;          j++;        }        if (j == i)        {          Node<T> q = new Node<T>(item);          q.Next = p.Next;          p.Next = q;        }        else        {          Console.WriteLine( "Position is error!" );        }      }      /// <summary>      /// 删除位置i的元素      /// </summary>      /// <param name="i"></param>      /// <returns></returns>      public T RemoveAt( int i)      {        if (IsEmpty() || i < 0)        {          Console.WriteLine( "Link is empty or Position is error!" );          return default (T);        }        Node<T> q = new Node<T>();        if (i == 0)        {          q = head;          head = head.Next;          return q.Data;        }        Node<T> p = head;        int j = 0;        while (p.Next != null && j < i)        {          j++;          q = p;          p = p.Next;        }        if (j == i)        {          q.Next = p.Next;          return p.Data;        }        else        {          Console.WriteLine( "The node is not exist!" );          return default (T);        }      }      /// <summary>      /// 获取指定位置的元素      /// </summary>      /// <param name="i"></param>      /// <returns></returns>      public T GetItemAt( int i)      {        if (IsEmpty())        {          Console.WriteLine( "List is empty!" );          return default (T);        }        Node<T> p = new Node<T>();        p = head;        if (i == 0)        {          return p.Data;        }        int j = 0;        while (p.Next != null && j < i)        {          j++;          p = p.Next;        }        if (j == i)        {          return p.Data;        }        else        {          Console.WriteLine( "The node is not exist!" );          return default (T);        }      }      //按元素值查找索引      public int IndexOf(T value)      {        if (IsEmpty())        {          Console.WriteLine( "List is Empty!" );          return -1;        }        Node<T> p = new Node<T>();        p = head;        int i = 0;        while (!p.Data.Equals(value) && p.Next != null )        {          p = p.Next;          i++;        }        return i;      }      /// <summary>      /// 元素反转      /// </summary>      public void Reverse()      {        LinkList<T> result = new LinkList<T>();        Node<T> t = this .head;        result.Head = new Node<T>(t.Data);        t = t.Next;        //(把当前链接的元素从head开始遍历，逐个插入到另一个空链表中，这样得到的新链表正好元素顺序跟原链表是相反的)        while (t!= null )        {                 result.InsertBefore(t.Data, 0);          t = t.Next;        }        this .head = result.head; //将原链表直接挂到"反转后的链表"上        result = null ; //显式清空原链表的引用，以便让GC能直接回收      }      public override string ToString()      {        StringBuilder sb = new StringBuilder();        Node<T> n = this .head;        sb.Append(n.Data.ToString() + "," );        while (n.Next != null )        {          sb.Append(n.Next.Data.ToString() + "," );          n = n.Next;        }        return sb.ToString().TrimEnd( ',' );      }    } }

下面是单链表插入和删除的算法图解：

可以看到：链表在元素插入/删除时，无需对后面的元素进行移动，只需要修改自身以及相邻节点的next指向即可，所以插入/删除元素的开销要比顺序表小得多。但是也应该注意到，其它操作比如：查找元素，反转倒置链表等，有可能需要遍历整个链表中的所有元素。

测试代码片断：

?

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Console.WriteLine( "-------------------------------------" ); Console.WriteLine( "单链表测试开始..." ); LinkList< string > link = new LinkList< string >(); link.Head = new Node< string >( "x" ); link.InsertBefore( "w" , 0); link.InsertBefore( "v" , 0); link.Append( "y" ); link.InsertBefore( "z" , link.Count()); Console.WriteLine(link.Count()); //5 Console.WriteLine(link.ToString()); //v,w,x,y,z Console.WriteLine(link[1]); //w Console.WriteLine(link[0]); //v Console.WriteLine(link[4]); //z Console.WriteLine(link.IndexOf( "z" )); //4 Console.WriteLine(link.RemoveAt(2)); //x Console.WriteLine(link.ToString()); //v,w,y,z link.InsertBefore( "x" , 2); Console.WriteLine(link.ToString()); //v,w,x,y,z Console.WriteLine(link.GetItemAt(2)); //x link.Reverse(); Console.WriteLine(link.ToString()); //z,y,x,w,v link.InsertAfter( "1" , 0); link.InsertAfter( "2" , 1); link.InsertAfter( "6" , 5); link.InsertAfter( "8" , 7); link.InsertAfter( "A" , 10); //Position is error! Console.WriteLine(link.ToString()); //z,1,2,y,x,w,6,v,8

至于具体在实际应用中应该选用顺序表 or 链表，主要是看：对于元素插入/删除的频繁程度以及对于内存分配的苛刻程度。 如果不要求一开始就分配一组连续的内存区域，可以根据元素的增加而自动加大内存的使用量，或者插入/删除的次数很多，那么建议使用链表，反之用顺序表。

最后指出：可以给节点再添加一个prev元素，用于指出前一个节点是谁，即同时有next和prev二个指向，这种改进后的链表称为“双向链表”，它有助于某些情况下减少遍历循环的次数，本文中的这种仅有一个next指向的链表，称为“单链表”。