学习 Go 语言数据结构：实现双链表

双链表

双链表 （Doubly Linked List），每个节点持有一个指向列表前一个元素的指针，以及指向下一个元素的指针。

双向链表的节点中包含 3 个字段：

• 数据域 Value

• 一个 Next 指针指向双链表中的下一个节点

• 一个 Prev 指针，指向双链表中的前一个节点

结构体如下：

type Node struct {
  Prev  *Node
  Value int
  Next  *Node
}

实际应用： 音乐播放器的播放列表，使用双向链表可以快速访问上一个歌曲和下一首歌曲。

创建节点

func CreateNewNode(value int) *Node {

  var node Node
  node.Next = nil
  node.Value = value
  node.Prev = nil
  return &node
}

双链表遍历

双向链表的遍历与单链表的遍历类似。我们必须首先检查一个条件：链表是否为空。这有助于将开始指针设置在适当的位置。之后我们访问每个节点直到结束。

func TraverseDoublyLinkedList(head *Node) {

  if head == nil {
    fmt.Println("-> Empty list!")
    return
  }

  for head != nil {

    if head.Next != nil {
      fmt.Printf("%d <-> ", head.Value)
    } else {
      fmt.Printf("%d ", head.Value)
    }

    head = head.Next
  }
  fmt.Println()
}

为了测试，我们的完整代码：

package main

import "fmt"

type Node struct {
  Prev  *Node
  Value int
  Next  *Node
}

func CreateNewNode(value int) *Node {

  var node Node
  node.Next = nil
  node.Value = value
  node.Prev = nil
  return &node
}

func TraverseDoublyLinkedList(head *Node) {

  if head == nil {
    fmt.Println("-> Empty list!")
    return
  }

  for head != nil {

    if head.Next != nil {
      fmt.Printf("%d <-> ", head.Value)
    } else {
      fmt.Printf("%d ", head.Value)
    }

    head = head.Next
  }
  fmt.Println()
}

func main() {

  // 1 <-> 2 <-> 3 <-> 4 <-> 5
  head := CreateNewNode(1)
  node_2 := CreateNewNode(2)
  node_3 := CreateNewNode(3)
  node_4 := CreateNewNode(4)
  node_5 := CreateNewNode(5)

  head.Next = node_2

  node_2.Prev = head
  node_2.Next = node_3

  node_3.Prev = node_2
  node_3.Next = node_4

  node_4.Prev = node_3
  node_4.Next = node_5

  TraverseDoublyLinkedList(head)

}

运行该程序：

$ go run main.go
1 <-> 2 <-> 3 <-> 4 <-> 5 

扩展功能

可以为双链表扩展其他功能，读者可以思考如何实现

链表长度

func size(head *Node) int {
  if head == nil {
    fmt.Println("-> Empty list!")
    return 0
  }

  count := 0
  for head != nil {
    count++
    head = head.Next
  }
  return count
}

运行程序：

$ go run main.go
1 <-> 2 <-> 3 <-> 4 <-> 5 
双链表的长度:  5

插入

一个新节点可以很容易地插入到双向链表中。我们只需要设置指针 prev_node 和 next_node 小心地将 prev_node 和 next_node 节点与适当的指针链接起来。

如果要在节点 n1 和 n3 之间插入节点 n2，则应将 n2 的指针 prev_node 设置为 n1，将 n2 的指针 next_node 设置为 n3。

双向链表中的插入可以通过多种方式完成：

1. 在节点之间插入

2. 在双链表开头插入

3. 插入一个空链表

4. 在双链表末尾插入

删除

在双向链表中可以很容易地删除节点。我们只需要将指针 prev_node 和 next_node 逻辑设置为节点。可以通过以下方式删除节点：

1. 删除最后的节点

2. 删除第一个节点

3. 在节点之间删除

反转双链表

假设我们有四个节点 n1、n2、n3 和 n4

反转的步骤如下：

1. 指针 head 指向最后一个节点 n4

2. 由于 n4 现在是第一个节点，它的 prev_node 指针必须为 NULL

3. 节点 n1 是最后一个节点，因此它的 next_node 必须为 NULL

4. n4 的指针 next_node 指向 n3，n3 的 next_node 指向 n2，n2 的 next_node 指向 n1

5. n1 的指针 prev_node 指向 n2，n2 的 prev_node 指向 n3，n3 的 prev_node 指向n4

总结

与单链表相比，双链表具有多样性，可以从任何方向遍历双向链表，从而更方便的插入和删除元素。

但是为了维护每个节点的指针，会多一些额外的开销。

参考链接：

• Doubly Linked List in Go (Golang)

• Doubly Linked List (With code) (programiz.com)