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c++中如何实现双向链表_c++双向链表创建与基本操作

穿越時空

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发布时间:2026-01-05 15:41:02

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来源于php中文网

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双向链表节点结构体应定义为struct Node { T data; Node next; Node prev; Node(T val) : data(val), next(nullptr), prev(nullptr) {} };,含模板数据、双指针及双空初始化。

c++中如何实现双向链表_c++双向链表创建与基本操作

如何定义双向链表节点结构体

双向链表每个节点必须同时持有前驱和后继指针,C++ 中最直接的方式是用 struct 定义节点,避免手动管理裸指针带来的悬空风险。别用 typedef struct 风格(C 兼容写法),C++ 直接用 struct Node 即可,且建议把指针类型设为 Node* 而非 struct Node*

常见错误是漏掉 prev 成员,或初始化时只设 next = nullptr 却忘了 prev = nullptr,导致后续插入/删除时访问野指针。

  • nextprev 都必须初始化为 nullptr
  • 数据成员类型尽量用模板参数(如 T data),避免硬编码 int
  • 不推荐在节点内实现操作逻辑(如 insertAfter()),职责应由链表类统一管理

如何实现带头结点的双向链表类

带头结点(dummy head)能大幅简化边界处理——插入、删除、遍历都不再需要反复判断是否为空链表或是否操作首尾节点。头结点本身不存有效数据,head->next 指向第一个真实节点,head->prev 指向最后一个真实节点(循环?不,这里保持线性;但利用 head->prev 可快速访问尾部)。

关键设计点:头结点的 nextprev 在初始化时互指,构成一个“空环”,后续所有操作都基于此不变式维护。

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struct Node {
    int data;
    Node* next;
    Node* prev;
    Node(int val) : data(val), next(nullptr), prev(nullptr) {}
};

class DoublyLinkedList { private: Node* head; public: DoublyLinkedList() { head = new Node(0); // dummy head head->next = head; head->prev = head; } ~DoublyLinkedList() { clear(); delete head; } void clear(); };

插入与删除操作的指针更新顺序为什么不能错

双向链表插入/删除的核心是四步指针重连,顺序错一步就断链或成环。以在节点 pos 后插入 newNode 为例,正确顺序必须是:

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  • 先设 newNode->prev = pos
  • 再设 newNode->next = pos->next
  • 再改 pos->next->prev = newNode(注意:此时 pos->next 还没变,安全)
  • 最后改 pos->next = newNode

如果先改 pos->next,后面 pos->next->prev 就访问了新节点的 prev(可能未初始化),或更糟——若 pos 是尾节点,pos->next 原为 head,提前赋值会导致丢失对原尾节点的引用。

删除同理:必须先备份 toDelete->prevtoDelete->next,再让前后节点互相指向,最后释放内存。漏掉任一方向的链接更新,都会导致内存泄漏或迭代崩溃。

遍历与查找时如何避免无限循环

带头结点的双向链表遍历必须严格区分“结束条件”和“起始位置”。正向遍历从 head->next 开始,终止于 current == head;反向遍历从 head->prev 开始,同样终止于 current == head。绝不能用 current != nullptr 判断——因为带头结点结构中,head 永远非空,且所有真实节点的 next/prev 都不会是 nullptr(除非你破坏了结构)。

典型错误示例:while (p) { ... p = p->next; } —— 这会在空链表时立即退出(因 head->next == head,非 nullptr),但非空时会绕回 head 并继续,最终无限循环。

性能上,双向链表随机访问仍是 O(n),但首尾插入/删除是 O(1),这点比单向链表稳定——单向链表删尾需 O(n) 找前驱,而双向链表通过 head->prev 可直接定位尾节点。

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