深度剖析双向链表，全面掌握存储奥秘

后端

2023-12-29 06:05:40

一、双向链表概念

双向链表，也称双链表，是在链表的基础上拓展而来的。它区别于普通单向链表的地方在于，除了拥有单向链表的前驱指针之外，它还拥有一个指向后继节点的后继指针。这种结构设计使双向链表在节点的遍历、增删改查等操作上都更具灵活性。

二、双向链表结构

双向链表的基本结构由三个部分组成：

结点(Node) ：存储数据的基本单位，由数据域(存储数据)和两个指针(指向直接前驱和直接后继)构成。
头结点(Head Node) ：一个特殊的空结点，常被用作双向链表的起始标志，它既没有前驱结点，也没有后继结点。
尾结点(Tail Node) ：另一个特殊的空结点，常被用作双向链表的结束标志，它既没有后继结点，也没有前驱结点。

三、双向链表特点

正反遍历 ：双向链表最大的特点便是可以双向遍历。由于拥有前驱指针和后继指针，使得双向链表既可以从头结点开始正向遍历，也可以从尾结点开始反向遍历。
便捷增删改查 ：双向链表可以轻松地进行增删改查操作。由于前驱指针和后继指针的存在，增删改查操作不再需要遍历整个链表，只需要修改少数几个指针指向即可。
空间利用率高 ：双向链表的每个结点中存储了两个指针，相比单向链表的存储密度更高。虽然每个结点的存储开销有所增加，但在某些情况下，这种空间利用率的提升也是非常值得的。

四、双向链表应用

双向链表因其结构的灵活性，被广泛应用于各种场景中：

数据存储 ：双向链表可用于存储数据，使程序能够在较短的时间内快速访问这些数据。
内存管理 ：双向链表可用于实现内存管理中的链表分配器，以便更高效地分配和回收内存。
缓存算法 ：双向链表可用于实现先进先出(FIFO)和后进先出(LIFO)缓存算法。
进程调度 ：双向链表可用于实现进程调度算法，以便更高效地分配和回收进程。
图形图像处理 ：双向链表可用于实现图形图像处理中的各种算法，如线段绘制、区域填充等。

五、双向链表编码实现

以C++语言为例，双向链表的编码实现如下：

class Node {
public:
  int data;
  Node* prev;
  Node* next;

  Node(int data) {
    this->data = data;
    prev = nullptr;
    next = nullptr;
  }
};

class DoubleLinkedList {
public:
  Node* head;
  Node* tail;

  DoubleLinkedList() {
    head = nullptr;
    tail = nullptr;
  }

  void insertAtHead(int data) {
    Node* newNode = new Node(data);
    if (head == nullptr) {
      head = newNode;
      tail = newNode;
    } else {
      newNode->next = head;
      head->prev = newNode;
      head = newNode;
    }
  }

  void insertAtTail(int data) {
    Node* newNode = new Node(data);
    if (tail == nullptr) {
      head = newNode;
      tail = newNode;
    } else {
      tail->next = newNode;
      newNode->prev = tail;
      tail = newNode;
    }
  }

  void deleteAtHead() {
    if (head == nullptr) {
      return;
    }

    if (head == tail) {
      head = nullptr;
      tail = nullptr;
    } else {
      head = head->next;
      head->prev = nullptr;
    }
  }

  void deleteAtTail() {
    if (tail == nullptr) {
      return;
    }

    if (head == tail) {
      head = nullptr;
      tail = nullptr;
    } else {
      tail = tail->prev;
      tail->next = nullptr;
    }
  }

  void printList() {
    Node* temp = head;
    while (temp != nullptr) {
      cout << temp->data << " ";
      temp = temp->next;
    }
    cout << endl;
  }
};