C#进阶学习（四）单向链表和双向链表，循环链表（上）单向链表

目录

前置知识：

一、链表中的结点类LinkedNode

1、申明字段节点类：

2、申明属性节点类:

二、两种方式实现单向链表

①定框架：

②增加元素的方法：因为是单链表，所以增加元素一定是只能在末尾添加元素，即在头结点后面添加元素

③删除元素的方法：删除链表中第一个符合删除目标值的节点 

④查找节点是否存在，这个就很简单，直接遍历一遍就好了。

 ⑤更新某一个节点的数据

三、测试 

测试接口：

写一个测试函数：

开始测试：

测试结果：

前置知识：

        数据结构：

数据结构：数据元素之间的相互关系
常用的数据结构
数组、链表、栈、队列、树、图，堆，散列表

         线性表：

线性表是一种数据结构是由n个具有相同特性的数据元素的有限序列
例如：数组、链表、栈、队列，ArrayList

        顺序存储：

数组、Stack、Queue、ArrayList->顺序存储
只是 数组、Stack、Queue、ArrayList的组织规则不同而已
顺序存储
用一组地址连续的存储单元依次存储线性表的各个元素，数据元素之间的逻辑关系由存储单元的邻接关系来体现。内存地址连续，一整片的内存

顺序存储和链式存储 是数据结构中的两种存储方式  

        链式存储：

单向链表、双向链表、循环链表->链式存储
链式存储（链接存储）
用一组任意的存储单元存储线性表中的各个数据元素，内存地址不连续跳跃式的。

如需了解更多，可看这一篇文章：

线性表的相关知识

  好的，回归主线，今天咱们学习的重点是单向链表以及双向链表，循环链表。

一、链表中的结点类LinkedNode

         什么是LinkedNode呢，他有什么作用呢？他其实就是组成链表的基本单位，链表就是一个个的LinkedNode串起来的，只不过串的方式不太一样。下面代码示例中不一定使用的是LinkedNode这个名字，使用的是其他的名字不过没关系，学习而已。例如：

        在单向链表中：每个链表结点有一个指向下一个链表结点的类似于C语言中的指针的东西，就是说明了，当前节点的下一个就是你，二者建立了联系。对于单向链表中，第一个结点，我们称之为头结点，因为他只能向后指，不能朝前看，所以每次寻找某一个元素，需要进行遍历，而且你永远找不到自己的上一个元素是什么。于是有了双向链表。

        在双向链表中：每个链表节点存有两个指针，一个是指向当前结点的上一个结点，一个是指向当前结点的下一个结点，其余的和单向链表相同。

        所谓循环链表：就是在单链表中，将最后一个结点的下一个指向第一个结点。

好的，接下来我们实现这个节点类：

     单向链表的节点类：

两种定义方式：

1、申明字段节点类：

/// <summary>
/// 单向链表节点定义（字段版本）
/// </summary>
/// <typeparam name="T">泛型数据类型</typeparam>
public class ListNode_Field<T>
{// 节点存储的数据（字段）public T data;// 指向下一个节点的指针（字段）// "?" 表示这是一个可空类型，允许值为 nullpublic ListNode_Field<T>? next;/// <summary>/// 构造函数/// </summary>/// <param name="val">节点数据</param>public ListNode_Field(T val){data = val;next = null;}
}

2、申明属性节点类:

/// <summary>
/// 单向链表节点定义（属性版本）
/// </summary>
/// <typeparam name="T">泛型数据类型</typeparam>
public class SingleListNode<T>
{// 节点存储的数据（属性）public T Data { get; set; }// 指向下一个节点的指针（属性）// "?" 表示这是一个可空类型，允许值为 nullpublic SingleListNode<T>? Next { get; set; }/// <summary>/// 构造函数/// </summary>/// <param name="data">节点数据</param>public SingleListNode(T data){Data = data;Next = null; // 初始化时指针置空}
}

         这两种方式任意选择一种进行申明即可，推荐使用属性，因为可以自己处理的手段更多。

二、两种方式实现单向链表

        好的接下来我们实现一个单向链表，因为有了这些基本节点类，所以才会有下面的代码。同样我们会使用属性节点类和字段节点类进行说明。其实都差不多的。

        总的设计思路：

        1、提供一个头结点

        2、利用这个头结点进行增删改查

        接下来我们一一实现：下面是一个利用字段节点声明的单向链表

①定框架：

    public class SingleLinkedList_Field<T>{//设置一个私有头结点private ListNode_Field<T>? head;}

②增加元素的方法：因为是单链表，所以增加元素一定是只能在末尾添加元素，即在头结点后面添加元素

        步骤：

（1）先申明一个新的节点

（2）判断头结点是否为空，为空则添加的元素就是头结点元素，反之遍历找到最后一个节点，然后将最后一个结点的next指向当前新创造的节点

/// <summary>
/// 在链表尾部添加新节点
/// </summary>
public void Add(T data)
{ListNode_Field<T> newNode = new ListNode_Field<T>(data);if (head == null){head = newNode;return;}// 遍历链表找到最后一个节点ListNode_Field<T> current = head;while (current.next != null){current = current.next;}current.next = newNode; // 直接操作字段
}

        当然这个添加元素，你也可以想想怎么在中间插入一个元素，思想是将上一个的next指向插入元素，插入元素的next指向上一个元素的下一个 

③删除元素的方法：删除链表中第一个符合删除目标值的节点 

        步骤：

（1）先看有没有头结点，没有头结点删除个屁啊

（2）然后看删除的是不是头结点，是的话直接将头结点的next指向下一个就好啦

（3）不是头结点的话，就稍微有一点点麻烦，需要先遍历，和Add方法差不多的

/// <summary>
/// 删除第一个匹配的节点
/// </summary>
public bool Remove(T data)
{if (head == null) return false;// 处理头节点匹配的情况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查找节点是否存在，这个就很简单，直接遍历一遍就好了。

/// <summary>
/// 查找节点是否存在
/// </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更新某一个节点的数据

        步骤：

（1）找到该节点

（2）操作该节点的数据

/// <summary>
/// 更新第一个匹配的节点的值
/// </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>
/// 辅助方法：查找指定数据的节点
/// </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，那么我们就完成了一个最简单的单向链表的数据结构！

附上使用属性申明的单行链表，是一样的：

    /// <summary>/// 单向链表实现（属性版本）/// </summary>/// <typeparam name="T">泛型数据类型</typeparam>public class SingleLinkedList_Property<T> : ISingleLinkedList<T>{// 头节点（私有属性）private SingleListNode<T>? head;/// <summary>/// 在链表尾部添加新节点/// </summary>/// <param name="data">要添加的数据</param>public void Add(T data){// 显式声明类型（不使用 var）SingleListNode<T> newNode = new SingleListNode<T>(data);if (head == null){head = newNode; // 链表为空时，新节点作为头节点return;}// 遍历链表找到最后一个节点SingleListNode<T> current = head;while (current.Next != null){current = current.Next;}current.Next = newNode; // 将新节点链接到尾部}/// <summary>/// 删除第一个匹配的节点/// </summary>/// <param name="data">要删除的数据</param>/// <returns>是否删除成功</returns>public bool Remove(T data){if (head == null) return false;// 处理头节点匹配的情况if (head.Data != null && head.Data.Equals(data)){head = head.Next; // 头节点指向下一个节点return true;}// 遍历链表查找匹配的节点SingleListNode<T> current = head;while (current.Next != null){if (current.Next.Data != null && current.Next.Data.Equals(data)){current.Next = current.Next.Next; // 跳过匹配的节点return true;}current = current.Next;}return false;}/// <summary>/// 查找节点是否存在/// </summary>/// <param name="data">要查找的数据</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>/// 更新第一个匹配的节点的值/// </summary>/// <param name="oldData">旧数据</param>/// <param name="newData">新数据</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; // 直接修改节点的数据return true;}/// <summary>/// 辅助方法：查找指定数据的节点/// </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、测试 

        测试部分呢，因为两种都差不多，所以我们使用一个接口，让他们都实现里面的方法，然后统一测试

测试接口：

/// <summary>
/// 统一接口（便于测试不同版本的链表）
/// </summary>
public interface ISingleLinkedList<T>
{void Add(T data);bool Remove(T data);bool Contains(T data);bool Update(T oldData, T newData);
}

两个链表只要继承了这个接口就好

写一个测试函数：

static void TestLinkedList<T>(T list) where T : ISingleLinkedList<int>
{// 添加节点list.Add(1);list.Add(2);list.Add(3);Console.WriteLine("添加 1, 2, 3 后链表内容应为：1 -> 2 -> 3");// 测试查找Console.WriteLine("查找 2: " + list.Contains(2)); // 应输出 TrueConsole.WriteLine("查找 4: " + list.Contains(4)); // 应输出 False// 测试删除list.Remove(2);Console.WriteLine("删除 2 后链表内容应为：1 -> 3");Console.WriteLine("查找 2: " + list.Contains(2)); // 应输出 False// 测试更新list.Update(3, 4);Console.WriteLine("更新 3 为 4 后链表内容应为：1 -> 4");Console.WriteLine("查找 4: " + list.Contains(4)); // 应输出 True
}

开始测试：

 static void Main(string[] args){// 测试属性版本链表Console.WriteLine("测试属性版本链表：");TestLinkedList(new SingleLinkedList_Property<int>());// 测试字段版本链表Console.WriteLine("\n测试字段版本链表：");TestLinkedList(new SingleLinkedList_Field<int>());}

测试结果：

 如果再讲双向链表和循环链表，会显得很杂乱，我们将会在下一篇文章讨论，诸位共勉！

附：本文所有代码

namespace 单向链表
{/// <summary>/// 单向链表节点定义（属性版本）/// </summary>/// <typeparam name="T">泛型数据类型</typeparam>public class SingleListNode<T>{// 节点存储的数据（属性）public T Data { get; set; }// 指向下一个节点的指针（属性）// "?" 表示这是一个可空类型，允许值为 null（解决 CS8618 警告）public SingleListNode<T>? Next { get; set; }/// <summary>/// 构造函数/// </summary>/// <param name="data">节点数据</param>public SingleListNode(T data){Data = data;Next = null; // 初始化时指针置空}}/// <summary>/// 单向链表节点定义（字段版本）/// </summary>/// <typeparam name="T">泛型数据类型</typeparam>public class ListNode_Field<T>{// 节点存储的数据（字段）public T data;// 指向下一个节点的指针（字段）// "?" 表示这是一个可空类型，允许值为 nullpublic ListNode_Field<T>? next;/// <summary>/// 构造函数/// </summary>/// <param name="val">节点数据</param>public ListNode_Field(T val){data = val;next = null;}}internal class Program{static void Main(string[] args){// 测试属性版本链表Console.WriteLine("测试属性版本链表：");TestLinkedList(new SingleLinkedList_Property<int>());// 测试字段版本链表Console.WriteLine("\n测试字段版本链表：");TestLinkedList(new SingleLinkedList_Field<int>());}static void TestLinkedList<T>(T list) where T : ISingleLinkedList<int>{// 添加节点list.Add(1);list.Add(2);list.Add(3);Console.WriteLine("添加 1, 2, 3 后链表内容应为：1 -> 2 -> 3");// 测试查找Console.WriteLine("查找 2: " + list.Contains(2)); // 应输出 TrueConsole.WriteLine("查找 4: " + list.Contains(4)); // 应输出 False// 测试删除list.Remove(2);Console.WriteLine("删除 2 后链表内容应为：1 -> 3");Console.WriteLine("查找 2: " + list.Contains(2)); // 应输出 False// 测试更新list.Update(3, 4);Console.WriteLine("更新 3 为 4 后链表内容应为：1 -> 4");Console.WriteLine("查找 4: " + list.Contains(4)); // 应输出 True}}/// <summary>/// 统一接口（便于测试不同版本的链表）/// </summary>public interface ISingleLinkedList<T>{void Add(T data);bool Remove(T data);bool Contains(T data);bool Update(T oldData, T newData);}/// <summary>/// 单向链表实现（属性版本）/// </summary>/// <typeparam name="T">泛型数据类型</typeparam>public class SingleLinkedList_Property<T> : ISingleLinkedList<T>{// 头节点（私有属性）private SingleListNode<T>? head;/// <summary>/// 在链表尾部添加新节点/// </summary>/// <param name="data">要添加的数据</param>public void Add(T data){// 显式声明类型（不使用 var）SingleListNode<T> newNode = new SingleListNode<T>(data);if (head == null){head = newNode; // 链表为空时，新节点作为头节点return;}// 遍历链表找到最后一个节点SingleListNode<T> current = head;while (current.Next != null){current = current.Next;}current.Next = newNode; // 将新节点链接到尾部}/// <summary>/// 删除第一个匹配的节点/// </summary>/// <param name="data">要删除的数据</param>/// <returns>是否删除成功</returns>public bool Remove(T data){if (head == null) return false;// 处理头节点匹配的情况if (head.Data != null && head.Data.Equals(data)){head = head.Next; // 头节点指向下一个节点return true;}// 遍历链表查找匹配的节点SingleListNode<T> current = head;while (current.Next != null){if (current.Next.Data != null && current.Next.Data.Equals(data)){current.Next = current.Next.Next; // 跳过匹配的节点return true;}current = current.Next;}return false;}/// <summary>/// 查找节点是否存在/// </summary>/// <param name="data">要查找的数据</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>/// 更新第一个匹配的节点的值/// </summary>/// <param name="oldData">旧数据</param>/// <param name="newData">新数据</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; // 直接修改节点的数据return true;}/// <summary>/// 辅助方法：查找指定数据的节点/// </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>/// 单向链表实现（字段版本）/// </summary>/// <typeparam name="T">泛型数据类型</typeparam>public class SingleLinkedList_Field<T> :ISingleLinkedList<T>{// 头节点（私有字段）private ListNode_Field<T>? head;/// <summary>/// 在链表尾部添加新节点/// </summary>public void Add(T data){ListNode_Field<T> newNode = new ListNode_Field<T>(data);if (head == null){head = newNode;return;}// 遍历链表找到最后一个节点ListNode_Field<T> current = head;while (current.next != null){current = current.next;}current.next = newNode; // 直接操作字段}/// <summary>/// 删除第一个匹配的节点/// </summary>public bool Remove(T data){if (head == null) return false;// 处理头节点匹配的情况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>/// 查找节点是否存在/// </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>/// 更新第一个匹配的节点的值/// </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>/// 辅助方法：查找指定数据的节点/// </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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