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C++双向链表的增删查改操作方法源码分析

更新时间：2023-10-02

前言介绍

C++双向链表是一种常用的数据结构，它能够实现在常量时间内进行插入、删除和查找操作。双向链表由一系列节点组成，每个节点包含一个数据元素以及指向前驱节点和后继节点的指针。通过这些指针，我们可以在不移动其他节点的情况下对链表进行任意节点的增删操作。 本文将详细介绍C++实现双向链表的增删查改操作方法源码分析。首先，我们将讨论节点类的设计，然后是链表类的设计。接下来，我们将分别对增加、删除、查找和修改操作进行源码分析，并附带一些示例代码。

节点类的设计

双向链表中的节点需要包含数据元素以及指向前驱节点和后继节点的指针。节点类的设计如下所示： 
template 
class Node {
public:
    T data;             // 数据元素
    Node *prev;      // 指向前驱节点的指针
    Node *next;      // 指向后继节点的指针

    Node(const T& d) : data(d), prev(nullptr), next(nullptr) {}
};
在节点类中，我们使用模板类型T来表示数据元素的类型，可以根据需要进行具体化。节点类还具有构造函数，用于初始化数据和指针。

链表类的设计

链表类是整个双向链表的控制类，负责管理节点的添加、删除、查找和修改操作。链表类的设计如下所示： 
template 
class DoublyLinkedList {
private:
    Node *head;     // 指向头节点的指针

public:
    DoublyLinkedList() : head(nullptr) {}

    // 增加操作
    void insert(const T& element);

    // 删除操作
    void remove(const T& element);

    // 查找操作
    Node* find(const T& element);

    // 修改操作
    void modify(const T& oldElement, const T& newElement);
};
链表类包含一个指向头节点的指针head，其他操作会通过该指针找到链表的起点。链表类中定义了四个成员函数，分别是insert、remove、find和modify，用于实现增加、删除、查找和修改操作。

增删查改操作的源码分析

下面我们逐个分析insert、remove、find和modify操作的源码。 1. 增加操作(insert)的源码如下所示： 
template 
void DoublyLinkedList::insert(const T& element) {
    Node *newNode = new Node(element);
    if (head == nullptr) {      // 链表为空
        head = newNode;
    } else {                    // 链表不为空
        newNode->next = head;
        head->prev = newNode;
        head = newNode;
    }
}
在插入操作中，我们首先创建一个新节点newNode，并将其指向头节点的next指针设置为当前头节点。然后，我们将新节点设置为头节点，并将新节点设置为当前头节点的前驱节点。 2. 删除操作(remove)的源码如下所示： 
template 
void DoublyLinkedList::remove(const T& element) {
    Node *current = head;
    while (current != nullptr && current->data != element) {
        current = current->next;
    }
    if (current != nullptr) {
        if (current->prev != nullptr) {
            current->prev->next = current->next;
        } else {
            head = current->next;
        }
        if (current->next != nullptr) {
            current->next->prev = current->prev;
        }
        delete current;
    }
}
在删除操作中，我们使用一个循环找到要删除的节点。如果找到了要删除的节点，我们将它的前驱节点的next指针设置为当前节点的后继节点，并将当前节点的后继节点的prev指针设置为当前节点的前驱节点。最后，通过delete关键字释放当前节点的内存空间。 3. 查找操作(find)的源码如下所示： 
template 
Node* DoublyLinkedList::find(const T& element) {
    Node *current = head;
    while (current != nullptr && current->data != element) {
        current = current->next;
    }
    return current;
}
在查找操作中，我们使用一个循环找到要查找的节点。如果找到了要查找的节点，我们返回该节点的指针；否则，返回空指针。 4. 修改操作(modify)的源码如下所示： 
template 
void DoublyLinkedList::modify(const T& oldElement, const T& newElement) {
    Node *current = head;
    while (current != nullptr && current->data != oldElement) {
        current = current->next;
    }
    if (current != nullptr) {
        current->data = newElement;
    }
}
在修改操作中，我们使用一个循环找到要修改的节点。如果找到了要修改的节点，我们将该节点的数据元素修改为新的数据元素。

总结

本文介绍了C++双向链表的增删查改操作方法的源码分析。双向链表通过节点类和链表类的设计，实现了在常量时间内进行节点的增加、删除、查找和修改操作。增加操作通过创建新节点并设置指针实现，删除操作通过调整指针和释放内存实现，查找操作通过遍历链表找到目标节点实现，修改操作通过遍历链表找到目标节点并修改其数据元素实现。这些操作可以帮助我们灵活地处理链表中的数据，并提高程序的效率。

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