數據結構學習筆記5——雙鏈表的實現

雙鏈表與單鏈表的區別就在於：單鏈表中一個節點只包含指向下一個節點的指針；但是雙鏈表中，一個節點既包含指向下一個節點的指針，又包含指向上一個節點的指針。

雙鏈表的具體實現與文件結構都與單鏈表相似，只是在插入、刪除元素的實現上有細微的差別。

雙鏈表的結構形式：

需要注意的是，在雙鏈表中，curr仍然是指當前位置的前一個位置。

在單鏈表中，表頭head不包含具體的元素，但是tail是包含具體元素值的；在雙鏈表中，head和tail都不包含具體元素。

文件結構：

其中，Public.h、Tools.h、Tools.cpp爲提供輔助功能的文件：Public.h包含常用的頭文件，Tools.h和Tools.cpp實現了異常機制Assert()；
List.h中實現線性表的抽象類模板，不包含數據成員，成員函數都是虛函數（當然構造函數除外）；
Doubly_Linked_List.h和Doubly_Linked_List_Def.h實現單鏈表的模板類定義，其繼承自List.h中的線性表模板；
main.cpp爲主函數，實現單鏈表的調用和測試。

List.h的內容不再展示。

Doubly_Linked_List.h：將整張雙鏈表定義爲一個類（模板）

/********************************************************/
// 用模板實現單向鏈表（Doubly Linked List）的定義
// 繼承基類線性表template<class dataType> class List
/********************************************************/
#pragma once

#include "List.h"

// 1,定義節點類模板
template<class E>
class Doubly_Node
{
public:
	E element; //本結點存儲的元素值
	Doubly_Node* next;//指向下一結點的指針
	Doubly_Node* prev;//指向上一結點的指針
	Doubly_Node(const E& elemval, Doubly_Node* nextval = NULL, Doubly_Node* prevval = NULL) :
		element(elemval), next(nextval), prev(prevval) {}
	Doubly_Node(Doubly_Node* nextval = NULL, Doubly_Node* prevval = NULL) :
		next(nextval), prev(prevval) {}
};

// 2,定義鏈表類模板
template<class E>
class Doubly_LList : public List<E>
{
private:
	Doubly_Node<E>* head; //表頭，head結點內並不存儲真是的元素
	Doubly_Node<E>* tail;
	Doubly_Node<E>* curr; //實際上curr->next纔是真正的當前位置
	int cnt;       //鏈表中當前存儲的元素個數
	void init();   //初始化
	void remove_all();  //清空
public:
	Doubly_LList();
	~Doubly_LList();

	void print() const;
	void clear();
	void insert(const E& it); //在當前位置插入元素
	void append(const E& it); //在鏈表末尾追加
	E    remove();            //刪除當前的元素並返回其值
	void moveToStart();       //將當前位置設爲鏈表開始
	void moveToEnd();         //將當前位置設爲鏈表結束的前一個位置
	void prev();              //將當前位置左移一位
	void next();			  //將當前位置右移一位
	int  length() const;      //返回當前鏈表存儲的元素個數
	int  currPos() const;     //返回當前位置
	void moveToPos(int pos);  //將當前位置設爲指定位置
	const E& getValue() const;//返回當前位置的元素值
};

Doubly_Linked_List_Def.h：實現Doubly_Linked_List.h中的成員函數定義

/********************************************************/
// 用模板實現單向鏈表（Doubly Linked List）的定義
// 繼承基類線性表 template<class dataType> class List
// 本頭文件實現 Doubly_LList<class E>的成員函數
/********************************************************/
#pragma once
#include "Doubly_Linked_List.h"

template<class E>
void  Doubly_LList<E>::init()
{
	//所有指針指向新開的空間
	head = curr = new Doubly_Node<E>;
	tail = new Doubly_Node<E>;
	head->next = tail;
	tail->prev = head;
	cnt = 0;
}

//刪除所有結點
template<class E>
void  Doubly_LList<E>::remove_all()
{
	while (head != NULL)
	{
		curr = head;

		//請注意，下面兩句的順序不能顛倒，不然curr刪除後就相當於head刪除了，就不能再獲取head->next了
		head = head->next;
		delete curr;
	}
}

//構造函數
template<class E>
 Doubly_LList<E>:: Doubly_LList()
{
	//構造時只開闢首尾節點的空間
	init();
}

//析構函數
template<class E>
 Doubly_LList<E>::~ Doubly_LList()
{
	remove_all();
}

//打印所有元素
template<class E>
void  Doubly_LList<E>::print() const
{
	Doubly_Node<E>* temp = head->next; //head中不存儲數據，head->next中才有數據
	while (tail != temp)
	{
		//此處暗示類型E必須定義了“<<”操作，否則報錯
		cout << temp->element << endl;
		temp = temp->next;
	}
}

//清空鏈表
template<class E>
void  Doubly_LList<E>::clear()
{
	remove_all();
	init(); //刪除之後，還要留着表頭、表尾
}

//當前位置插入元素
template<class E>
void  Doubly_LList<E>::insert(const E& it)
{
	//Doubly_Node<E> *temp = NULL;
	//temp = new Doubly_Node<E>(it, curr->next, curr);
	//curr->next->prev = temp; //下面兩句的順序有講究
	//curr->next = temp;

	// 下面一句等於上面4句
	curr->next = curr->next->prev = new Doubly_Node<E>(it, curr->next, curr);	
	cnt++;
}

//鏈表末尾追加元素
template<class E>
void  Doubly_LList<E>::append(const E& it)
{
	//Doubly_Node<E> *temp = new Doubly_Node<E>(it, tail, tail->prev);
	//tail->prev->next = temp;//下面兩句的順序有講究
	//tail->prev = temp;

	tail->prev = tail->prev->next = new Doubly_Node<E>(it, tail, tail->prev);
	cnt++;
}

//刪除當前元素並返回其值
template<class E>
E  Doubly_LList<E>::remove()
{
	Assert(curr != tail, "當前位置無效，無法刪除");
	Doubly_Node<E>* temp = curr->next;
	if (temp == tail)
	{
		return NULL;
	}
	E it = temp->element;

	curr->next = temp->next; //即便是temp爲tail的時候，這句依然成立
	temp->next->prev = curr;
	delete temp;

	cnt--;
	return it;
}

//將head設爲當前位置
template<class E>
void  Doubly_LList<E>::moveToStart()
{
	curr = head;
}

//將tail設爲當前位置
template<class E>
void  Doubly_LList<E>::moveToEnd()
{
	curr = tail->prev;
}

//將當前位置左移一位,如果已在最前，無改變
template<class E>
void  Doubly_LList<E>::prev()
{
	if (curr == head)
	{
		return;
	}

	curr = curr->prev;
}

//將當前位置右移一位,如果已在最後，無改變
template<class E>
void  Doubly_LList<E>::next()
{
	if (curr == tail)
	{
		return;
	}

	curr = curr->next;
}

//返回鏈表長度，即
template<class E>
int  Doubly_LList<E>::length() const
{
	return cnt;
}

//返回當前位置
template<class E>
int  Doubly_LList<E>::currPos() const
{
	Doubly_Node<E>* temp = head;
	int pos = 0;
	while (temp != curr)
	{
		pos++;
		temp = temp->next;
	}
	return pos;
}

//將當前位置設爲指定位置
template<class E>
void  Doubly_LList<E>::moveToPos(int pos)
{
	Assert((pos >= 0) && (pos <= cnt), "設定位置越界");
	curr = head;
	for (int i = 0; i != pos; i++)
	{
		curr = curr->next;
	}
}

//返回當前位置的元素值
template<class E>
const E&  Doubly_LList<E>::getValue() const
{
	Assert(curr != tail, "無值可取");
	return curr->next->element;
}

main.c 主函數，測試構造的雙鏈表是否可用

/********************************************************/
// 主函數
// 用於測試編寫的各函數與數據結構
/********************************************************/
#include "Public.h"
#include "Tools.h"
#include "SeqStack.h"
#include "SeqStack_Vector.h"
#include "SeqStack_VT_Def.h"
#include "postfix.h"
#include "ArrayBasedList_Def.h"
#include "Single_Linked_List_Def.h"
#include "Doubly_Linked_List_Def.h"
int main()
{
	/********************************************************/
	// 5,《數據結構與算法分析》Clifford 4.1.5 雙鏈表
	/********************************************************/
	Doubly_LList<int> iDLList;

	iDLList.insert(1);
	iDLList.insert(2);
	iDLList.insert(3);
	iDLList.insert(4);
	cout << "after insert:" << endl;
	iDLList.print();

	cout << "\n手動刪除第二個元素:" << endl;
	iDLList.moveToPos(1);
	iDLList.remove();
	iDLList.print();

	iDLList.clear();
	cout << "\nafter clear:" << endl;
	iDLList.print();
	
	system("pause");
	return 0;
}

運行結果：