C#進階學習（四）單向鏈表和雙向鏈表，循環鏈表（上）單向鏈表

目錄

前置知識：

一、鏈表中的結點類LinkedNode

1、申明字段節點類：

2、申明屬性節點類:

二、兩種方式實現單向鏈表

①定框架：

②增加元素的方法：因為是單鏈表，所以增加元素一定是只能在末尾添加元素，即在頭結點后面添加元素

③刪除元素的方法：刪除鏈表中第一個符合刪除目標值的節點?

④查找節點是否存在，這個就很簡單，直接遍歷一遍就好了。

?⑤更新某一個節點的數據

三、測試?

測試接口：

寫一個測試函數：

開始測試：

測試結果：

前置知識：

? ? ? ? 數據結構：

數據結構：數據元素之間的相互關系
常用的數據結構
數組、鏈表、棧、隊列、樹、圖，堆，散列表

?????????線性表：

線性表是一種數據結構是由n個具有相同特性的數據元素的有限序列
例如：數組、鏈表、棧、隊列，ArrayList

????????順序存儲：

數組、Stack、Queue、ArrayList->順序存儲
只是 數組、Stack、Queue、ArrayList的組織規則不同而已
順序存儲
用一組地址連續的存儲單元依次存儲線性表的各個元素，數據元素之間的邏輯關系由存儲單元的鄰接關系來體現。內存地址連續，一整片的內存

順序存儲和鏈式存儲 是數據結構中的兩種存儲方式??

????????鏈式存儲：

單向鏈表、雙向鏈表、循環鏈表->鏈式存儲
鏈式存儲（鏈接存儲）
用一組任意的存儲單元存儲線性表中的各個數據元素，內存地址不連續跳躍式的。

如需了解更多，可看這一篇文章：

線性表的相關知識

? 好的，回歸主線，今天咱們學習的重點是單向鏈表以及雙向鏈表，循環鏈表。

一、鏈表中的結點類LinkedNode

?????????什么是LinkedNode呢，他有什么作用呢？他其實就是組成鏈表的基本單位，鏈表就是一個個的LinkedNode串起來的，只不過串的方式不太一樣。下面代碼示例中不一定使用的是LinkedNode這個名字，使用的是其他的名字不過沒關系，學習而已。例如：

? ? ? ? 在單向鏈表中：每個鏈表結點有一個指向下一個鏈表結點的類似于C語言中的指針的東西，就是說明了，當前節點的下一個就是你，二者建立了聯系。對于單向鏈表中，第一個結點，我們稱之為頭結點，因為他只能向后指，不能朝前看，所以每次尋找某一個元素，需要進行遍歷，而且你永遠找不到自己的上一個元素是什么。于是有了雙向鏈表。

? ? ? ? 在雙向鏈表中：每個鏈表節點存有兩個指針，一個是指向當前結點的上一個結點，一個是指向當前結點的下一個結點，其余的和單向鏈表相同。

? ? ? ? 所謂循環鏈表：就是在單鏈表中，將最后一個結點的下一個指向第一個結點。

好的，接下來我們實現這個節點類：

? ? ?單向鏈表的節點類：

兩種定義方式：

1、申明字段節點類：

/// <summary>
/// 單向鏈表節點定義（字段版本）
/// </summary>
/// <typeparam name="T">泛型數據類型</typeparam>
public class ListNode_Field<T>
{// 節點存儲的數據（字段）public T data;// 指向下一個節點的指針（字段）// "?" 表示這是一個可空類型，允許值為 nullpublic ListNode_Field<T>? next;/// <summary>/// 構造函數/// </summary>/// <param name="val">節點數據</param>public ListNode_Field(T val){data = val;next = null;}
}

2、申明屬性節點類:

/// <summary>
/// 單向鏈表節點定義（屬性版本）
/// </summary>
/// <typeparam name="T">泛型數據類型</typeparam>
public class SingleListNode<T>
{// 節點存儲的數據（屬性）public T Data { get; set; }// 指向下一個節點的指針（屬性）// "?" 表示這是一個可空類型，允許值為 nullpublic SingleListNode<T>? Next { get; set; }/// <summary>/// 構造函數/// </summary>/// <param name="data">節點數據</param>public SingleListNode(T data){Data = data;Next = null; // 初始化時指針置空}
}

?????????這兩種方式任意選擇一種進行申明即可，推薦使用屬性，因為可以自己處理的手段更多。

二、兩種方式實現單向鏈表

????????好的接下來我們實現一個單向鏈表，因為有了這些基本節點類，所以才會有下面的代碼。同樣我們會使用屬性節點類和字段節點類進行說明。其實都差不多的。

? ? ? ? 總的設計思路：

? ? ? ? 1、提供一個頭結點

? ? ? ? 2、利用這個頭結點進行增刪改查

? ? ? ? 接下來我們一一實現：下面是一個利用字段節點聲明的單向鏈表

①定框架：

    public class SingleLinkedList_Field<T>{//設置一個私有頭結點private ListNode_Field<T>? head;}

②增加元素的方法：因為是單鏈表，所以增加元素一定是只能在末尾添加元素，即在頭結點后面添加元素

? ? ? ? 步驟：

（1）先申明一個新的節點

（2）判斷頭結點是否為空，為空則添加的元素就是頭結點元素，反之遍歷找到最后一個節點，然后將最后一個結點的next指向當前新創造的節點

/// <summary>
/// 在鏈表尾部添加新節點
/// </summary>
public void Add(T data)
{ListNode_Field<T> newNode = new ListNode_Field<T>(data);if (head == null){head = newNode;return;}// 遍歷鏈表找到最后一個節點ListNode_Field<T> current = head;while (current.next != null){current = current.next;}current.next = newNode; // 直接操作字段
}

????????當然這個添加元素，你也可以想想怎么在中間插入一個元素，思想是將上一個的next指向插入元素，插入元素的next指向上一個元素的下一個?

③刪除元素的方法：刪除鏈表中第一個符合刪除目標值的節點?

? ? ? ? 步驟：

（1）先看有沒有頭結點，沒有頭結點刪除個屁啊

（2）然后看刪除的是不是頭結點，是的話直接將頭結點的next指向下一個就好啦

（3）不是頭結點的話，就稍微有一點點麻煩，需要先遍歷，和Add方法差不多的

/// <summary>
/// 刪除第一個匹配的節點
/// </summary>
public bool Remove(T data)
{if (head == null) return false;// 處理頭節點匹配的情況if (head.data != null && head.data.Equals(data)){head = head.next; // 直接操作字段return true;}ListNode_Field<T> current = head;while (current.next != null){if (current.next.data != null && current.next.data.Equals(data)){current.next = current.next.next; // 直接操作字段return true;}current = current.next;}return false;
}

④查找節點是否存在，這個就很簡單，直接遍歷一遍就好了。

/// <summary>
/// 查找節點是否存在
/// </summary>
public bool Contains(T data)
{ListNode_Field<T>? current = head;while (current != null){if (current.data != null && current.data.Equals(data)){return true;}current = current.next;}return false;
}

?⑤更新某一個節點的數據

? ? ? ? 步驟：

（1）找到該節點

（2）操作該節點的數據

/// <summary>
/// 更新第一個匹配的節點的值
/// </summary>
public bool Update(T oldData, T newData)
{ListNode_Field<T>? node = FindNode(oldData);if (node == null) return false;node.data = newData; // 直接操作字段return true;
}/// <summary>
/// 輔助方法：查找指定數據的節點
/// </summary>
private ListNode_Field<T>? FindNode(T data)
{ListNode_Field<T>? current = head;while (current != null){if (current.data != null && current.data.Equals(data)){return current;}current = current.next;}return null;
}

????????好的，那么我們就完成了一個最簡單的單向鏈表的數據結構！

附上使用屬性申明的單行鏈表，是一樣的：

    /// <summary>/// 單向鏈表實現（屬性版本）/// </summary>/// <typeparam name="T">泛型數據類型</typeparam>public class SingleLinkedList_Property<T> : ISingleLinkedList<T>{// 頭節點（私有屬性）private SingleListNode<T>? head;/// <summary>/// 在鏈表尾部添加新節點/// </summary>/// <param name="data">要添加的數據</param>public void Add(T data){// 顯式聲明類型（不使用 var）SingleListNode<T> newNode = new SingleListNode<T>(data);if (head == null){head = newNode; // 鏈表為空時，新節點作為頭節點return;}// 遍歷鏈表找到最后一個節點SingleListNode<T> current = head;while (current.Next != null){current = current.Next;}current.Next = newNode; // 將新節點鏈接到尾部}/// <summary>/// 刪除第一個匹配的節點/// </summary>/// <param name="data">要刪除的數據</param>/// <returns>是否刪除成功</returns>public bool Remove(T data){if (head == null) return false;// 處理頭節點匹配的情況if (head.Data != null && head.Data.Equals(data)){head = head.Next; // 頭節點指向下一個節點return true;}// 遍歷鏈表查找匹配的節點SingleListNode<T> current = head;while (current.Next != null){if (current.Next.Data != null && current.Next.Data.Equals(data)){current.Next = current.Next.Next; // 跳過匹配的節點return true;}current = current.Next;}return false;}/// <summary>/// 查找節點是否存在/// </summary>/// <param name="data">要查找的數據</param>/// <returns>是否存在</returns>public bool Contains(T data){SingleListNode<T>? current = head;while (current != null){if (current.Data != null && current.Data.Equals(data)){return true;}current = current.Next;}return false;}/// <summary>/// 更新第一個匹配的節點的值/// </summary>/// <param name="oldData">舊數據</param>/// <param name="newData">新數據</param>/// <returns>是否更新成功</returns>public bool Update(T oldData, T newData){SingleListNode<T>? node = FindNode(oldData);if (node == null) return false;node.Data = newData; // 直接修改節點的數據return true;}/// <summary>/// 輔助方法：查找指定數據的節點/// </summary>private SingleListNode<T>? FindNode(T data){SingleListNode<T>? current = head;while (current != null){if (current.Data != null && current.Data.Equals(data)){return current;}current = current.Next;}return null;}}

三、測試?

????????測試部分呢，因為兩種都差不多，所以我們使用一個接口，讓他們都實現里面的方法，然后統一測試

測試接口：

/// <summary>
/// 統一接口（便于測試不同版本的鏈表）
/// </summary>
public interface ISingleLinkedList<T>
{void Add(T data);bool Remove(T data);bool Contains(T data);bool Update(T oldData, T newData);
}

兩個鏈表只要繼承了這個接口就好

寫一個測試函數：

static void TestLinkedList<T>(T list) where T : ISingleLinkedList<int>
{// 添加節點list.Add(1);list.Add(2);list.Add(3);Console.WriteLine("添加 1, 2, 3 后鏈表內容應為：1 -> 2 -> 3");// 測試查找Console.WriteLine("查找 2: " + list.Contains(2)); // 應輸出 TrueConsole.WriteLine("查找 4: " + list.Contains(4)); // 應輸出 False// 測試刪除list.Remove(2);Console.WriteLine("刪除 2 后鏈表內容應為：1 -> 3");Console.WriteLine("查找 2: " + list.Contains(2)); // 應輸出 False// 測試更新list.Update(3, 4);Console.WriteLine("更新 3 為 4 后鏈表內容應為：1 -> 4");Console.WriteLine("查找 4: " + list.Contains(4)); // 應輸出 True
}

開始測試：

 static void Main(string[] args){// 測試屬性版本鏈表Console.WriteLine("測試屬性版本鏈表：");TestLinkedList(new SingleLinkedList_Property<int>());// 測試字段版本鏈表Console.WriteLine("\n測試字段版本鏈表：");TestLinkedList(new SingleLinkedList_Field<int>());}

測試結果：

?如果再講雙向鏈表和循環鏈表，會顯得很雜亂，我們將會在下一篇文章討論，諸位共勉！

附：本文所有代碼

namespace 單向鏈表
{/// <summary>/// 單向鏈表節點定義（屬性版本）/// </summary>/// <typeparam name="T">泛型數據類型</typeparam>public class SingleListNode<T>{// 節點存儲的數據（屬性）public T Data { get; set; }// 指向下一個節點的指針（屬性）// "?" 表示這是一個可空類型，允許值為 null（解決 CS8618 警告）public SingleListNode<T>? Next { get; set; }/// <summary>/// 構造函數/// </summary>/// <param name="data">節點數據</param>public SingleListNode(T data){Data = data;Next = null; // 初始化時指針置空}}/// <summary>/// 單向鏈表節點定義（字段版本）/// </summary>/// <typeparam name="T">泛型數據類型</typeparam>public class ListNode_Field<T>{// 節點存儲的數據（字段）public T data;// 指向下一個節點的指針（字段）// "?" 表示這是一個可空類型，允許值為 nullpublic ListNode_Field<T>? next;/// <summary>/// 構造函數/// </summary>/// <param name="val">節點數據</param>public ListNode_Field(T val){data = val;next = null;}}internal class Program{static void Main(string[] args){// 測試屬性版本鏈表Console.WriteLine("測試屬性版本鏈表：");TestLinkedList(new SingleLinkedList_Property<int>());// 測試字段版本鏈表Console.WriteLine("\n測試字段版本鏈表：");TestLinkedList(new SingleLinkedList_Field<int>());}static void TestLinkedList<T>(T list) where T : ISingleLinkedList<int>{// 添加節點list.Add(1);list.Add(2);list.Add(3);Console.WriteLine("添加 1, 2, 3 后鏈表內容應為：1 -> 2 -> 3");// 測試查找Console.WriteLine("查找 2: " + list.Contains(2)); // 應輸出 TrueConsole.WriteLine("查找 4: " + list.Contains(4)); // 應輸出 False// 測試刪除list.Remove(2);Console.WriteLine("刪除 2 后鏈表內容應為：1 -> 3");Console.WriteLine("查找 2: " + list.Contains(2)); // 應輸出 False// 測試更新list.Update(3, 4);Console.WriteLine("更新 3 為 4 后鏈表內容應為：1 -> 4");Console.WriteLine("查找 4: " + list.Contains(4)); // 應輸出 True}}/// <summary>/// 統一接口（便于測試不同版本的鏈表）/// </summary>public interface ISingleLinkedList<T>{void Add(T data);bool Remove(T data);bool Contains(T data);bool Update(T oldData, T newData);}/// <summary>/// 單向鏈表實現（屬性版本）/// </summary>/// <typeparam name="T">泛型數據類型</typeparam>public class SingleLinkedList_Property<T> : ISingleLinkedList<T>{// 頭節點（私有屬性）private SingleListNode<T>? head;/// <summary>/// 在鏈表尾部添加新節點/// </summary>/// <param name="data">要添加的數據</param>public void Add(T data){// 顯式聲明類型（不使用 var）SingleListNode<T> newNode = new SingleListNode<T>(data);if (head == null){head = newNode; // 鏈表為空時，新節點作為頭節點return;}// 遍歷鏈表找到最后一個節點SingleListNode<T> current = head;while (current.Next != null){current = current.Next;}current.Next = newNode; // 將新節點鏈接到尾部}/// <summary>/// 刪除第一個匹配的節點/// </summary>/// <param name="data">要刪除的數據</param>/// <returns>是否刪除成功</returns>public bool Remove(T data){if (head == null) return false;// 處理頭節點匹配的情況if (head.Data != null && head.Data.Equals(data)){head = head.Next; // 頭節點指向下一個節點return true;}// 遍歷鏈表查找匹配的節點SingleListNode<T> current = head;while (current.Next != null){if (current.Next.Data != null && current.Next.Data.Equals(data)){current.Next = current.Next.Next; // 跳過匹配的節點return true;}current = current.Next;}return false;}/// <summary>/// 查找節點是否存在/// </summary>/// <param name="data">要查找的數據</param>/// <returns>是否存在</returns>public bool Contains(T data){SingleListNode<T>? current = head;while (current != null){if (current.Data != null && current.Data.Equals(data)){return true;}current = current.Next;}return false;}/// <summary>/// 更新第一個匹配的節點的值/// </summary>/// <param name="oldData">舊數據</param>/// <param name="newData">新數據</param>/// <returns>是否更新成功</returns>public bool Update(T oldData, T newData){SingleListNode<T>? node = FindNode(oldData);if (node == null) return false;node.Data = newData; // 直接修改節點的數據return true;}/// <summary>/// 輔助方法：查找指定數據的節點/// </summary>private SingleListNode<T>? FindNode(T data){SingleListNode<T>? current = head;while (current != null){if (current.Data != null && current.Data.Equals(data)){return current;}current = current.Next;}return null;}}/// <summary>/// 單向鏈表實現（字段版本）/// </summary>/// <typeparam name="T">泛型數據類型</typeparam>public class SingleLinkedList_Field<T> :ISingleLinkedList<T>{// 頭節點（私有字段）private ListNode_Field<T>? head;/// <summary>/// 在鏈表尾部添加新節點/// </summary>public void Add(T data){ListNode_Field<T> newNode = new ListNode_Field<T>(data);if (head == null){head = newNode;return;}// 遍歷鏈表找到最后一個節點ListNode_Field<T> current = head;while (current.next != null){current = current.next;}current.next = newNode; // 直接操作字段}/// <summary>/// 刪除第一個匹配的節點/// </summary>public bool Remove(T data){if (head == null) return false;// 處理頭節點匹配的情況if (head.data != null && head.data.Equals(data)){head = head.next; // 直接操作字段return true;}ListNode_Field<T> current = head;while (current.next != null){if (current.next.data != null && current.next.data.Equals(data)){current.next = current.next.next; // 直接操作字段return true;}current = current.next;}return false;}/// <summary>/// 查找節點是否存在/// </summary>public bool Contains(T data){ListNode_Field<T>? current = head;while (current != null){if (current.data != null && current.data.Equals(data)){return true;}current = current.next;}return false;}/// <summary>/// 更新第一個匹配的節點的值/// </summary>public bool Update(T oldData, T newData){ListNode_Field<T>? node = FindNode(oldData);if (node == null) return false;node.data = newData; // 直接操作字段return true;}/// <summary>/// 輔助方法：查找指定數據的節點/// </summary>private ListNode_Field<T>? FindNode(T data){ListNode_Field<T>? current = head;while (current != null){if (current.data != null && current.data.Equals(data)){return current;}current = current.next;}return null;}}
}

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