C++语言实现双向链表

这篇文章是关于利用C++模板的方式实现的双向链表以及双向链表的基本操作，在之前的博文C语言实现双向链表中，已经给大家分析了双向链表的结构，并以图示的方式给大家解释了双向链表的基本操作。本篇文章利用C++实现了双向链表的基本操作，其中包括：

双向链表的基本操作C++语言实现

双向链表	实现的功能
头部插入结点建立链表	尾部插入结点建立链表
实现指定位置插入结点	查找给定数值是否存在
删除指定位置的结点	修改指定位置的结点
双向链表的长度	打印双向链表

定义双向链表的结点

因为双向链表的结点由三部分构成，用于指向当前节点的直接前驱节点的指针域,用于存储数据元素数据域，以及用于指向当前节点的直接后继节点的指针域。

因此，首先我们需要封装一个结点类,定义了结点的三个要素，并利用构造函数实现初始化，另外，考虑到在双向链表中要用到结点类，所以将双向链表类定义为结点的友元类。

class doubleLinkedListNode
{
    private:
        doubleLinkedListNode<T> *prior;//双向结点前驱指针指向该结点的前驱结点
        T data;//储存结点数据
        doubleLinkedListNode<T> *next;//双向结点的后驱指针指向该结点的后继结点
        //将双向链表类定义为结点的友元类
        friend  class doubleLinkedList<T>;
    public:
        //结点的无参构造函数,将结点指针域初始化为NULL
        doubleLinkedListNode()
        {
            prior = NULL;
            next = NULL;
        }
        //结点的有参构造函数，初始化指针域和数据域
        doubleLinkedListNode(T _data,doubleLinkedListNode<T> *_prior = NULL,doubleLinkedListNode<T> *_next = NULL)
        {
            prior = _prior;//初始化前驱指针
            data = _data;//初始化数据域
            next = _next;//初始化后继指针
        }
        ~doubleLinkedListNode()
        {
            prior = NULL;
            next = NULL;
        }
};

双向链表的基本操作

实现了双向链表头部插入结点， 尾部插入结点，指定位置插入结点建立链表， 查找给定数值的指定位置，删除指定位置的结点，修改指定位置的结点，双向链表的长度，打印双向链表，接下来逐一进行讲解实现：

头部插入结点建立链表

带头结点实现的双向链表，实现头部插入结点可分为两种情况，一种是只有一个头结点的时候，只需要使head和newNode的两个指针关联上即可，另外的两个指针依旧是NULL状态。另一种情况便是有结点的情况，这个时候跟在中间结点插入相似，需要调整四个指针,首先是让newNode与后继结点关联，最后让newNode与head结点关联。
因此，头部插入结点实现如下：

template<class T>
bool doubleLinkedList<T>::insertNodeByhead(T item)
{
    //创建一个新的结点
    doubleLinkedListNode<T>* newNode = new doubleLinkedListNode<T>(item);
    if (newNode == NULL){
        cout << "内存分配失败，新结点无法创建" << endl;
        return false;
    }
    //分两种情况，head的next是否为NULL,然后处理四个指针
    if(head->next == NULL)
    {
        head->next = newNode;
        newNode->prior = head;
        return true;
    }
    else{
        newNode->next = head->next;
        head->next->prior = newNode;
        newNode->prior = head;
        head->next = newNode;
        return true;
    }
}

尾部插入结点建立链表

在尾部插入结点，当然第一步需要找到最后一个结点，然后在其后进行插入，双向链表因为两端的指针都是指向NULL的，所以在尾部插入也只需要调整两个指针就ok.

template<class T>
bool doubleLinkedList<T>::insertNodeBytail(T item)
{
    //创建一个新的结点
    doubleLinkedListNode<T>* newNode = new doubleLinkedListNode<T>(item);
    if (newNode == NULL){
        cout << "内存分配失败，新结点无法创建" << endl;
        return false;
    }
    //首先找到最后一个结点
    doubleLinkedListNode<T>* lastNode = head;
    while(lastNode->next != NULL)
    {
        lastNode = lastNode->next;//没找到就一直循环
    }
    //找到调整指针
    lastNode->next = newNode;
    newNode->prior = lastNode;
    return true;
}

实现指定位置插入结点

在指定位置插入只需要两步走，首先也是找到指定的位置，然后就是插入新结点的指针的调整，中间插入是最复杂的，都逃不过调整四个指针，但是首先依旧是让新结点和后继结点建立上相关性，最后让新结点与前继结点建立关系，实现新结点的插入。

bool doubleLinkedList<T>::insertNode(T item,int n)
{
    if(n<1){
        cout<<"输入的非有效位置！"<<endl;
        return false;
    }
    doubleLinkedListNode<T>* pMove = head;//创建一个新的指针，设置为游标指针
    //首先找到插入位置
    for(int i=1;i<n;i++)
    {
        pMove = pMove->next;
        if(pMove == NULL&& i<=n)
        {
            cout<<"插入位置无效！"<<endl;
            return false;
        }
    }
    //创建一个新的结点
    doubleLinkedListNode<T>* newNode = new doubleLinkedListNode<T>(item);
    if (newNode == NULL){
        cout << "内存分配失败，新结点无法创建" << endl;
        return false;
    }
    //插入新的结点
    newNode->next = pMove->next;   
    if (pMove->next != NULL)
    {
        pMove->next->prior = newNode;
    }
    newNode->prior = pMove;
    pMove->next = newNode;
    return true;
}

查找给定数值是否存在

查找给定元素，也就是一个遍历链表的过程，从头结点的下一个结点开始遍历，毕竟第一个头结点是没有储存数据项的。

template<class T>
bool doubleLinkedList<T>::findData(T item)
{
    doubleLinkedListNode<T> *pMove = head->next;  //设置游标指针
    if(pMove == NULL)//链表为空
    {
        return false;
    }
    while(pMove)//遍历链表
    {
        if(pMove->data == item){
            return true;
        }
        pMove = pMove->next;
    }
    return false;
}

删除指定位置的结点

删除指定的结点，第一步查找到删除的结点，需要定义一个删除指针临时指向将要删除的结点，最后指针处理删除之后别忘了释放该结点空间。

template<class T>
bool doubleLinkedList<T>::deleteData(int n)
{
    if (n<1||n>getLength())
    {
        cout << "输入非有效位置" << endl;
        return false;
    }
    doubleLinkedListNode<T> * pMove = head;//设置游标指针
    doubleLinkedListNode<T> * pDelete;             
    //查找删除结点的位置
    for (int i = 1; i <= n; i++)
    {
        pMove = pMove->next;                                         //游标指针后移
    }
    //删除结点
    pDelete = pMove;      
    pMove->prior->next = pDelete->next;
    pMove->next->prior = pDelete->prior;
    delete pDelete;//释放空间
    return true;
}

修改指定位置的结点

修改指定位置的结点数据，当然还是得找到指定位置，然后对其进行修改，修改之后将原来的数据以引用的形式返回，具体的用法在测试函数中写到了的，不会的可以作为参考。

template<class T>
bool doubleLinkedList<T>::changeListElements(int n,T item,T &x)
{
    if (n<1||n>getLength())
    {
        cout << "输入非有效位置" << endl;
        return false;
    }
    doubleLinkedListNode<T> *pMove = head->next;  //设置游标指针
    for(int i=1;i<n;i++)//找到指定位置1
    {
        pMove = pMove->next;
    }
    x = pMove->data;
    pMove->data = item;
    return true;
}

双向链表的长度

计算双向链表的长度的函数，在双向链表的私有成员封装了一个变量length,以此来记录双向链表的长度，遍历双向链表，逐一进行计算结点数就是双向链表的长度。

template<class T>
int doubleLinkedList<T>::getLength()
{
    doubleLinkedListNode<T> *pMove = head->next;  //设置游标指针
    int length=0;
    //遍历链表，计算结点数
    while(pMove!=NULL)
    {
        pMove = pMove->next;  //游标指针后移
        length++;       //计算length
    }
    return length;
}

打印双向链表

打印双向链表，从第二个结点开始遍历链表，因为第一个为头结点是不含数据的，打印的过程也就是一个遍历的过程。

template<class T>
void doubleLinkedList<T>::printLinkedlist()
{
    //从第二个结点开始打印，表头不含数据
    doubleLinkedListNode<T>* pMove = head->next;
    while(pMove)
    {
        cout<<pMove->data<<" ";
        pMove = pMove->next;//移动指针
    }
    cout<<endl;
}

以上就是本次博文与大家分享的利用C++语言实现双向链表，在用C语言写了之后，感觉写起来就比较轻松，唯一不同的就是要利用类来进行封装。完整的代码，以及测试代码我已经Push到Github,喜欢的小伙伴欢迎Star! C++语言实现双向链表Github地址，如果还想要了解其他的数据结构实现的小伙伴也可以来我的Myblog,我们一起讨论，如果有写的不好的地方还请多多担待，也欢迎大家在评论区留言，我加以改正，共同进步！