c# 数据结构链表篇有关双向链表的一切

本人能力有限,如有不足还请斧正

0.双向链表的好处

1.双向链表的分类

2.不带头节点的标准双向链表

节点类:有头有尾

链表类:也可以有头有尾也可以只有头

增

头插

尾插

删

查

改

遍历

全部代码

3.循环双向链表

节点类

链表类

增

头插

尾插

删

查

遍历

全部代码

0.双向链表的好处

优势维度	具体好处	说明 / 示例	对比单向链表的核心差异
双向遍历能力	支持正向（next）和反向（prev）遍历，可灵活选择遍历方向	- 可从任意节点出发，向前后两个方向遍历链表 - 例如：实现浏览器历史记录的 “前进 / 后退” 功能，直接通过 prev/next 指针操作	单向链表仅能单向遍历，反向操作需从头重新遍历
插入 / 删除效率	已知当前节点时，插入 / 删除操作时间复杂度为 O (1)，无需提前获取前驱节点	- 插入时，通过当前节点的 prev 指针直接找到前驱，更新前后节点的指针即可 - 删除时，直接通过 prev 和 next 指针连接前后节点，无需遍历查找前驱	单向链表删除 / 插入节点时，若无前驱节点引用，需 O (n) 时间遍历查找前驱
定位便利性	可直接通过节点的 prev 指针反向定位前驱节点，无需额外存储或遍历	- 在链表中间节点操作时，无需维护额外变量记录前驱 - 例如：实现双向队列（双端队列）的头尾插入 / 删除操作，可直接通过指针快速定位	单向链表需从头遍历才能找到前驱节点，定位效率低
边界操作简化	处理头节点和尾节点的插入 / 删除时更简单，无需特殊处理头指针（若带头节点）	- 带头节点的双向链表中，头节点和尾节点的操作与中间节点逻辑一致 - 例如：删除头节点时，直接通过头节点的 next 找到第一个数据节点，更新其 prev 为 null（非循环情况）	单向链表删除头节点需单独处理头指针，边界条件易出错
应用场景适配	适合需要双向操作或频繁前后移动的场景	- 操作系统进程调度队列（需快速调整进程优先级，前后移动节点） - LRU 缓存淘汰算法（需快速删除最近最少使用节点并插入到头部）	单向链表无法高效支持反向操作，需额外数据结构辅助
数据一致性	指针操作更安全，减少空指针异常风险（尤其在循环双向链表中）	- 循环双向链表中，头节点 prev 指向尾节点，尾节点 next 指向头节点，避免首尾指针为 null 的情况 - 适合对稳定性要求高的场景（如内核数据结构）	单向链表尾节点 next 为 null，反向遍历时易触发空指针错误
算法灵活性	支持更复杂的算法逻辑，如双向搜索、回退操作	- 在双向链表中实现 “双指针搜索”（如从头尾同时向中间遍历） - 支持撤销操作（如文本编辑器的撤销 / 重做，通过双向指针回退历史版本）	单向链表需额外栈结构记录历史节点，增加空间复杂度

1.双向链表的分类

分类标准	类型	核心特点	示意图（简化）	典型应用场景
是否带头节点	带头节点双向链表	- 头部有一个固定的头节点（不存储数据），头节点的`next`指向第一个数据节点 - 尾节点的`prev`指向头节点（非循环时头节点`prev`为`null`）	`头节点(H) <-> 数据节点1 <-> 数据节点2 <-> ... <-> 尾节点(T)〔T.prev=H，H.next=数据节点1〕`	频繁进行插入 / 删除操作的场景（如链表初始化、边界操作更便捷）
(本文演示一)	不带头节点双向链表	- 直接以第一个数据节点作为头节点，头节点`prev`为`null` - 尾节点`next`为`null`	`数据节点1 <-> 数据节点2 <-> ... <-> 尾节点(T)〔T.next=null，数据节点1.prev=null〕`	内存资源敏感场景（节省头节点空间）
是否循环	非循环双向链表	- 头节点`prev`为`null`，尾节点`next`为`null` - 链表头尾不相连	`null <-> 头节点 <-> ... <-> 尾节点 <-> null`	单向遍历需求不高，但需双向操作的场景（如文件系统目录结构）
	循环双向链表	- 头节点`prev`指向尾节点，尾节点`next`指向头节点 - 形成一个环形结构，可从任意节点出发遍历整个链表	`头节点(H) <-> ... <-> 尾节点(T) <-> H`	循环数据处理（如循环缓冲区、操作系统进程调度队列）
节点结构扩展	标准双向链表(和第一行重复)	- 每个节点包含`prev`（前驱指针）和`next`（后继指针） - 存储单一数据元素	`节点: prev <-> data <-> next`	通用双向操作场景（如浏览器历史记录的前进 / 后退）
(本文不做演示)	双向链表带附加属性	- 节点额外包含其他属性（如优先级、时间戳等） - 结构上仍保持双向指针	`节点: prev <-> data <-> next <-> extra_attr`	复杂数据管理（如任务调度链表、带权重的链表）

2.不带头节点的标准双向链表

图解模型

每一个节点类Node 都有三个元素:前项数据后项

注意因为c#不用指针所以所谓Prev和Next指向的都是节点类Node

节点类:有头有尾

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

    public Node(int data, Node prev = null, Node next=null) { 
        this.data = data;
        this.prev = prev;
        this.next = next;
    }
}

链表类:也可以有头有尾也可以只有头

这里你可能会有一些疑问怎么又出现了一个HeadNode和一个TailNode呢?
这是因为链表类需要这两个去抽象的节点以方便管理

public class DoublyLinkedList {

    public Node headNode;
    public Node tailNode;

    public DoublyLinkedList() {
        headNode = tailNode = null;
    }

增

头插

乾坤大挪移

    public void HeadAdd(int data) {
        //如果链表为空
        if (headNode == null) { 
           headNode = tailNode = new Node(data);
        }

        //双向链表的特殊性: 修改头节点时,需要把新节点的前项 后项 都挂上
        Node newNode = new Node(data, null, headNode);
        headNode.prev = newNode;

        //改变链表头
        headNode = newNode;

    }

尾插

    public void TailAdd(int data) {
        //如果尾巴为空 说明头也没有 所以下面判断头尾都可以
        if (headNode  == null)
        {   //if (tailNode ==null)
            headNode = tailNode = new Node(data);
        }

        //双向链表的特殊性: 修改尾节点时,需要把新节点的前项 后项 都挂上
        Node newNode = new Node(data, tailNode, null);
        tailNode.next = newNode;

        //改变链表尾
        tailNode =newNode ;
    }

删

无需遍历找前驱节点找到Target直接调换其前后指针指向即可

 public void DeleteValue(int data)
 {
     if (headNode == null) return;

     Node current = headNode;
     while (current != null)
     {
         if (current.data == data)
         {
             //如果匹配到了则可能出现以下情况:
             //1 删除的是头节点
             if (current.prev == null)
                 headNode = current.next;
             //2.删除的是尾巴
             if (current.next == null)
                 tailNode = current.prev;
             //3.删除的是中间节点
             current.prev.next = current.next;
            
             current.next.prev = current.prev;

             return;
         }
         current = current.next;
     }
 }

查

查询找到的第一个目标

    public bool SearchValue(int data)
    {
        if (headNode == null) return true;

        Node current = headNode;
        while (current != null)
        {
            if (current.data == data)
            {
                Console.WriteLine("找到了目标"+data);
                return true;
            }
            current = current.next;
        }
        Console.WriteLine("没有目标" + data);
        return false;
    }

改

关于改就是查的子集只需要加一两行代码即可所以不做演示

遍历

可以双向遍历链表哦

 #region 遍历打印
    /// <summary>
    /// 正向打印链表：按顺序输出链表中每个节点的数据
    /// </summary>
    public void PrintListForward()
    {
        // 从链表头节点开始遍历
        Node current = headNode;
        while (current != null)
        {
            // 输出当前节点的数据
            Console.Write(current.data + " ");
            // 移动到下一个节点
            current = current.next;
        }
        Console.WriteLine();
    }

    /// <summary>
    /// 反向打印链表：按逆序输出链表中每个节点的数据
    /// </summary>
    public void PrintListBackward()
    {
        // 从链表尾节点开始遍历
        Node current = tailNode;
        while (current != null)
        {
            // 输出当前节点的数据
            Console.Write(current.data + " ");
            // 移动到前一个节点
            current = current.prev;
        }
        Console.WriteLine();
    }

全部代码

using System;

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

    public Node(int data, Node prev = null, Node next = null)
    {
        this.data = data;
        this.prev = prev;
        this.next = next;
    }
}

public class DoublyLinkedList
{
    public Node headNode;
    public Node tailNode;

    public DoublyLinkedList()
    {
        headNode = tailNode = null;
    }

    #region 增
    /// <summary>
    /// 头插法
    /// </summary>
    public void HeadAdd(int data)
    {
        //如果链表为空
        if (headNode == null)
        {
            headNode = tailNode = new Node(data);
        }
        else
        {
            //双向链表的特殊性: 修改头节点时,需要把新节点的前项 后项 都挂上
            Node newNode = new Node(data, null, headNode);
            headNode.prev = newNode;
            //改变链表头
            headNode = newNode;
        }
    }

    public void TailAdd(int data)
    {
        //如果尾巴为空 说明头也没有 所以下面判断头尾都可以
        if (headNode == null)
        {
            //if (tailNode ==null)
            headNode = tailNode = new Node(data);
        }
        else
        {
            //双向链表的特殊性: 修改尾节点时,需要把新节点的前项 后项 都挂上
            Node newNode = new Node(data, tailNode, null);
            tailNode.next = newNode;
            //改变链表尾
            tailNode = newNode;
        }
    }
    #endregion

    #region 删
    public void DeleteValue(int data)
    {
        if (headNode == null) return;

        Node current = headNode;
        while (current != null)
        {
            if (current.data == data)
            {
                //如果匹配到了则可能出现以下情况:
                //1 删除的是头节点
                if (current.prev == null)
                {
                    headNode = current.next;
                    if (headNode != null)
                    {
                        headNode.prev = null;
                    }
                    else
                    {
                        tailNode = null;
                    }
                }
                //2.删除的是尾巴
                else if (current.next == null)
                {
                    tailNode = current.prev;
                    tailNode.next = null;
                }
                //3.删除的是中间节点
                else
                {
                    current.prev.next = current.next;
                    current.next.prev = current.prev;
                }
                return;
            }
            current = current.next;
        }
    }
    #endregion

    #region 查询
    public bool SearchValue(int data)
    {
        if (headNode == null) return false;

        Node current = headNode;
        while (current != null)
        {
            if (current.data == data)
            {
                Console.WriteLine("找到了目标" + data);
                return true;
            }
            current = current.next;
        }
        Console.WriteLine("没有目标" + data);
        return false;
    }
    #endregion

    #region 遍历打印
    /// <summary>
    /// 正向打印链表：按顺序输出链表中每个节点的数据
    /// </summary>
    public void PrintListForward()
    {
        // 从链表头节点开始遍历
        Node current = headNode;
        while (current != null)
        {
            // 输出当前节点的数据
            Console.Write(current.data + " ");
            // 移动到下一个节点
            current = current.next;
        }
        Console.WriteLine();
    }

    /// <summary>
    /// 反向打印链表：按逆序输出链表中每个节点的数据
    /// </summary>
    public void PrintListBackward()
    {
        // 从链表尾节点开始遍历
        Node current = tailNode;
        while (current != null)
        {
            // 输出当前节点的数据
            Console.Write(current.data + " ");
            // 移动到前一个节点
            current = current.prev;
        }
        Console.WriteLine();
    }
    #endregion
}

3.循环双向链表

循环链表就是将头节点的前项和尾节点的后项连到同一个节点

简称:貂蝉在一起了噗噗

  headNode.prev = newNode;
  tailNode.next = newNode;

节点类

并没有什么区别

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

    public Node(int data)
    {
        this.data = data;
        this.prev = null;
        this.next = null;
    }
}

链表类

也没有什么区别

public class DoublyCircularLinkedList
{
    public Node headNode;
    public Node tailNode;

    public DoublyCircularLinkedList()
    {
        headNode = tailNode = null;
    }

增

头插

只是将头节点的前项和尾节点的后项连接在了一起

   /// <summary>
   /// 头插法
   /// </summary>
   public void HeadAdd(int data)
   {
       Node newNode = new Node(data);
       if (headNode == null)
       {
           headNode = tailNode = newNode;
           newNode.next = newNode;
           newNode.prev = newNode;
       }
       else
       {
           newNode.next = headNode;
           newNode.prev = tailNode;
           headNode.prev = newNode;
           tailNode.next = newNode;
           headNode = newNode;
       }
   }

尾插

    public void TailAdd(int data)
    {
        Node newNode = new Node(data);
        if (tailNode == null)
        {
            headNode = tailNode = newNode;
            newNode.next = newNode;
            newNode.prev = newNode;
        }
        else
        {
            newNode.next = headNode;
            newNode.prev = tailNode;
            tailNode.next = newNode;
            headNode.prev = newNode;
            tailNode = newNode;
        }
    }

删

    public void DeleteValue(int data)
    {
        if (headNode == null) return;

        Node current = headNode;
        do
        {
            if (current.data == data)
            {
                if (current.next == current)
                {
                    headNode = tailNode = null;
                }
                else
                {
                    if (current == headNode)
                    {
                        headNode = current.next;
                    }
                    if (current == tailNode)
                    {
                        tailNode = current.prev;
                    }
                    current.prev.next = current.next;
                    current.next.prev = current.prev;
                }
                return;
            }
            current = current.next;
        } while (current != headNode);
    }

查

    public bool SearchValue(int data)
    {
        if (headNode == null) return false;

        Node current = headNode;
        do
        {
            if (current.data == data)
            {
                Console.WriteLine("找到了目标" + data);
                return true;
            }
            current = current.next;
        } while (current != headNode);
        Console.WriteLine("没有目标" + data);
        return false;
    }

遍历

    #region 遍历打印
    /// <summary>
    /// 打印链表：按顺序输出链表中每个节点的数据
    /// </summary>
    public void PrintList()
    {
        if (headNode == null) return;

        Node current = headNode;
        do
        {
            Console.Write(current.data + " ");
            current = current.next;
        } while (current != headNode);
        Console.WriteLine();
    }
    #endregion

全部代码

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

    public Node(int data)
    {
        this.data = data;
        this.prev = null;
        this.next = null;
    }
}

public class DoublyCircularLinkedList
{
    public Node headNode;
    public Node tailNode;

    public DoublyCircularLinkedList()
    {
        headNode = tailNode = null;
    }

    #region 增
    /// <summary>
    /// 头插法
    /// </summary>
    public void HeadAdd(int data)
    {
        Node newNode = new Node(data);
        if (headNode == null)
        {
            headNode = tailNode = newNode;
            newNode.next = newNode;
            newNode.prev = newNode;
        }
        else
        {
            newNode.next = headNode;
            newNode.prev = tailNode;
            headNode.prev = newNode;
            tailNode.next = newNode;
            headNode = newNode;
        }
    }

    public void TailAdd(int data)
    {
        Node newNode = new Node(data);
        if (tailNode == null)
        {
            headNode = tailNode = newNode;
            newNode.next = newNode;
            newNode.prev = newNode;
        }
        else
        {
            newNode.next = headNode;
            newNode.prev = tailNode;
            tailNode.next = newNode;
            headNode.prev = newNode;
            tailNode = newNode;
        }
    }
    #endregion

    #region 删
    public void DeleteValue(int data)
    {
        if (headNode == null) return;

        Node current = headNode;
        do
        {
            if (current.data == data)
            {
                if (current.next == current)
                {
                    headNode = tailNode = null;
                }
                else
                {
                    if (current == headNode)
                    {
                        headNode = current.next;
                    }
                    if (current == tailNode)
                    {
                        tailNode = current.prev;
                    }
                    current.prev.next = current.next;
                    current.next.prev = current.prev;
                }
                return;
            }
            current = current.next;
        } while (current != headNode);
    }
    #endregion

    #region 查询
    public bool SearchValue(int data)
    {
        if (headNode == null) return false;

        Node current = headNode;
        do
        {
            if (current.data == data)
            {
                Console.WriteLine("找到了目标" + data);
                return true;
            }
            current = current.next;
        } while (current != headNode);
        Console.WriteLine("没有目标" + data);
        return false;
    }
    #endregion

    #region 遍历打印
    /// <summary>
    /// 打印链表：按顺序输出链表中每个节点的数据
    /// </summary>
    public void PrintList()
    {
        if (headNode == null) return;

        Node current = headNode;
        do
        {
            Console.Write(current.data + " ");
            current = current.next;
        } while (current != headNode);
        Console.WriteLine();
    }
    #endregion
}