C#数据结构三：单链表Singly Linked List

单链表

单链表（Singly Linked List），也称单向链表，链表中的一种，其特点链接方向是意向的，对链表的访问要通过顺序读取。在顺序链表中元素之间紧密相连，为了表示两个数据元素逻辑上的相邻关系，除了存储数据元素本身的信息外，还要存储与其相邻的下一数据元素的存储地址信息，也就是指针信息，也叫引用域。数据元素信息和指针信息组成该数据元素的存储映像，这就是节点（Node）。

数据域也可使用data表示，指针域使用next表示。

这样线性表就通过每个结点的指针域形成了一根“链条”，也就是我们所说的“链表”。如果结点的引用域只存储该节点直接后继节点的指针域，则该链表称为单链表（Singly Linked List)。单链表结构如下图（图片来自wikipedia）：

单链表：

1、末端节点的指针域为空，表示链表的结束；

2、元素间的物理关系是松散的；

3、每一节点存储实际数据，及下一节点的指针，来实现逻辑上的关联。

若末端节点的指针指向头节点，则此链表形成环状，称为单向循环链表（Circularly Linked List）；此时的终端节点也就失去了其意义。

单链表实现

1、节点定义：

节点类图如下

 /// <summary>
 /// 节点定义
 /// </summary>
 public class Node<T>
 {
     private T data;//数据域
     private Node<T> next;//引用域
     /// <summary>
     /// 构造器，数据值为输入数据值
     /// </summary>
     /// <param name="val"></param>
     public Node(T val)
     {
         data = val;
         next = null;
     }
     /// <summary>
     /// 构造器，数据值为系统默认值
     /// </summary>
     public Node()
     {
         data = default(T);
         next = null;
     }
     /// <summary>
     /// 数据域属性
     /// </summary>
     public T Data
     {
         get {return data;}
         set { data = value; }
     }
     /// <summary>
     /// 引用域属性
     /// </summary>
     public Node<T> Next
     {
         get { return next; }
         set { next = value; }
     }
 }

2、单链表实现

单链表类图如下：

代码如下：

/// <summary>
/// 单链表实现
/// </summary>
public class SinglyLinkedList<T>:IListDS<T>
{
    private Node<T> head;
    /// <summary>
    /// 单链表的头节点
    /// </summary>
    public Node<T> Head
    {
        get { return head; }
        set { head = value; }
    }
    /// <summary>
    /// 构造器，构造具有空指针的头节点
    /// </summary>
    public SinglyLinkedList()
    {
        head = null;
    }
    /// <summary>
    /// 求单链表长度
    /// </summary>
    /// <returns></returns>
    public int GetLength()
    {
        Node<T> currNode = head;
        int length = 0;
        while (currNode != null)
        {
            ++length;
            currNode = currNode.Next;
        }
        return length;
    }
    /// <summary>
    /// 清空单链表
    /// </summary>
    public void Clear()
    {
        head = null;
    }
    /// <summary>
    /// 判断单链表是否为空
    /// </summary>
    /// <returns></returns>
    public bool IsEmpty()
    {
        return (head == null) ? true : false;
    }
    /// <summary>
    /// 在单链表末尾添加新元素
    /// </summary>
    /// <param name="item"></param>
    public void Append(T item)
    {
        Node<T> newNode = new Node<T>(item);
        Node<T> currNode = null;
        if (head == null)
        {
            head = newNode;
            return;
        }
        currNode = head;
        while (currNode.Next != null)
        {
            currNode = currNode.Next;
        }
        currNode.Next = newNode;
    }
    /// <summary>
    /// 在指定位置插入元素
    /// </summary>
    /// <param name="item"></param>
    /// <param name="pos"></param>
    /// <returns></returns>
    public bool Insert(T item, int pos)
    {
        if (IsEmpty() || pos < 0)
        {
            Console.WriteLine("The list is empty");
            return false;
        }
        Node<T> newNode = new Node<T>(item);
        if (pos == 0)
        {
            newNode.Next = head;
            head = newNode;
            return true;
        }
        Node<T> currNode = head.Next;
        Node<T> preNode = head;
        int index = 1;
        while (currNode.Next != null && index < pos)
        {
            preNode = currNode;
            currNode = currNode.Next;
            ++index;
        }

        if (index == pos)
        {
            newNode.Next = currNode;
            preNode.Next = newNode;
            return true;
        }
        else
        {
            Console.WriteLine("The position is error");
            return false;
        }
    }
    /// <summary>
    /// 删除指定索引位置的元素
    /// </summary>
    /// <param name="pos"></param>
    /// <returns></returns>
    public T Delete(int pos)
    {
        if (IsEmpty() || pos < 0)
        {
            Console.WriteLine("The Link is empty");
            return default(T);
        }

        T data = default(T);
        if (pos == 0)
        {
            data = head.Data;
            head = head.Next;
            return data;
        }
        Node<T> preNode = this.head;
        Node<T> currNode = this.head.Next;
        int index = 1;
        while (currNode.Next != null && index < pos)
        {
            ++index;
            preNode = currNode;
            currNode = currNode.Next;
        }

        if (index == pos)
        {
            preNode.Next = currNode.Next;
            return currNode.Data;
        }
        else
        {
            Console.WriteLine("The position is out of range");
            return default(T);
        }
    }
    /// <summary>
    /// 根据索引查找
    /// </summary>
    /// <param name="pos"></param>
    /// <returns></returns>
    public T GetElem(int pos)
    {
        if (IsEmpty())
        {
            Console.WriteLine("The list is empty");
            return default(T);
        }
        Node<T> currNode = head;
        int index = 0;
        while (currNode.Next != null && index < pos)
        {
            ++index;
            currNode = currNode.Next;
        }
        if (index == pos)
            return currNode.Data;
        else
        {
            Console.WriteLine("The position is out of range");
            return default(T);
        }
    }
    /// <summary>
    /// 根据值查找
    /// </summary>
    /// <param name="value"></param>
    /// <returns></returns>
    public int Locate(T value)
    {
        if (IsEmpty())
        {
            Console.WriteLine("The list is empty");
            return -1;
        }
        Node<T> currNode = new Node<T>();
        currNode = head;
        int pos = -1;
        while (currNode != null && currNode.Data.Equals(value))
        {
            currNode = currNode.Next;
            ++pos;
        }
        if (currNode == null)
            return -1;

        return pos;
    }
}

调用演示：

/// <summary>
/// 功能：单链表演示
/// 开发：walkingp
/// 时间：2010-4-29
/// 主页：http://www.51obj.cn/
/// </summary>
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        SinglyLinkedList<string> demoList = new SinglyLinkedList<string>();

        /*添加*/
        demoList.Append("Wang Hongjian");
        demoList.Append("ZhangSan");
        demoList.Append("LiSi");
        for (int i = 0; i < demoList.GetLength(); i++)
        {
            Console.WriteLine("The {0} item is:\t{1}",i, demoList.GetElem(i));
        }
        /*插入*/
        Console.WriteLine("Insert the item:");
        demoList.Insert("Zhangyu", 1);
        for (int i = 0; i < demoList.GetLength(); i++)
        {
            Console.WriteLine("The {0} item is:\t{1}", i, demoList.GetElem(i));
        }
        /*删除*/
        Console.WriteLine("Delelte the item:");
        demoList.Delete(3);
        for (int i = 0; i < demoList.GetLength(); i++)
        {
            Console.WriteLine("The {0} item is:\t{1}", i, demoList.GetElem(i));
        }
        /*根据索引查找*/
        Console.WriteLine("The 2st item is:\t{0}", demoList.GetElem(1));
        /*根据值查找*/
        Console.WriteLine("The position of the item 'Wang Hongjian' is:\t{0}",demoList.Locate("Wang Hongjian"));
        /*清空*/
        demoList.Clear();
        Console.WriteLine("Now the list is empty");
    }

演示效果：

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C#数据结构系列文章：

1、基础知识

2、顺序表Sequence List

3、单链表Singly Linked List

4、双向链表Double Linked List

5、循环链表Circular Linked List

6、栈Stack

7、队列Queue

8、串

9、数组Array

10、树Tree

...

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