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首頁後端開發C#.Net教程.NET框架-雙向鍊錶(LinkedList)程式碼分析(圖)



.NET框架中的LinkList,實作的是雙向鍊錶,總結下它的實作原始碼。

先看下LinkedList提供的公有屬性與方法的導圖:


.NET框架-雙向鍊錶(LinkedList)程式碼分析(圖)

1 LinkedList實作的介面

public class LinkedList<T> : ICollection<T>, ICollection, IReadOnlyCollection<T>, ISerializable, IDeserializationCallback

2 LinkedList的全域變數包括,

head

# #是封裝的類別內頭節點;

        // This LinkedList is a doubly-Linked circular list.
        internal LinkedListNode<T> head;        
        internal int count;        
        internal int version;        
        private object _syncRoot;        
        //A temporary variable which we need during deserialization.  
        private SerializationInfo _siInfo; 

        // names for serialization
        private const string VersionName = "Version";        
        private const string CountName = "Count";  
        private const string ValuesName = "Data";

封裝的每個節點的資料結構為:

public sealed class LinkedListNode<T>
{   public LinkedListNode(T value);   
//获取LinkedListNode所属的LinkedList
   public LinkedList<T> List { get; }   
   public LinkedListNode<T> Next { get; }   
   public LinkedListNode<T> Previous { get; }   
   //获取节点中包含的值。
   public T Value { get; set; }
}

3

建構子

        public LinkedList() //默认的构造函数
        {
        }        //带有参数的
        public LinkedList(IEnumerable<T> collection)
        {            if (collection == null)
            {                throw new ArgumentNullException(nameof(collection));
            }            foreach (T item in collection)
            {
                AddLast(item);
            }
        }

在建構IEnumerable類型的collection時,用到了AddLast(T)方法,它還有一個

重載

,工作細節如下:

        public LinkedListNode<T> AddLast(T value)
        {
            LinkedListNode<T> result = new LinkedListNode<T>(this, value);            
            if (head == null)
            {
                InternalInsertNodeToEmptyList(result);
            }            else
            {
                InternalInsertNodeBefore(head, result);
            }            return result;
        }        

        public void AddLast(LinkedListNode<T> node)
        {
            ValidateNewNode(node);            
            if (head == null)
            {
                InternalInsertNodeToEmptyList(node);
            }            else
            {
                InternalInsertNodeBefore(head, node);
            }
            node.list = this; //结合LinkedListNode看
        }

以上2個方法,語意是插入某個節點,

分插入新節點到空list中,InternalInsertNodeToEmptyList

插入新節點到不為空的list中,InternalInsertNodeBefore,並且給出在哪個節點前插入newNode,還判斷了新插入的節點是不是一個有效的新節點。

 internal void ValidateNewNode(LinkedListNode<T> node)
        {            if (node == null)
            {                throw new ArgumentNullException(nameof(node));
            }            if (node.list != null)
            {                throw new InvalidOperationException(SR.LinkedListNodeIsAttached);
            }
        }

同時,也給出判斷一個節點是不是有效節點:

        internal void ValidateNode(LinkedListNode<T> node)
        {            if (node == null)
            {                throw new ArgumentNullException(nameof(node));
            }            if (node.list != this)
            {                throw new InvalidOperationException(SR.ExternalLinkedListNode);
            }
        }

這是雙向鍊錶比較重要的內部方法,

InternalInsertNodeToEmptyList的實作細節:

        private void InternalInsertNodeToEmptyList(LinkedListNode<T> newNode)
        {
            Debug.Assert(head == null && count == 0, "LinkedList must be empty when this method is called!");
            newNode.next = newNode;
            newNode.prev = newNode;
            head = newNode;
            version++;
            count++;
        }

InternalInsertNodeBefore的實作細節:

        private void InternalInsertNodeBefore(LinkedListNode<T> node, LinkedListNode<T> newNode)
        {
            newNode.next = node;
            newNode.prev = node.prev;
            node.prev.next = newNode;
            node.prev = newNode;
            version++;
            count++;
        }
4 鍊錶自然離不開插入某個節點的公有方法,

        public LinkedListNode<T> AddAfter(LinkedListNode<T> node, T value)
        {
            ValidateNode(node);
            LinkedListNode<T> result = new LinkedListNode<T>(node.list, value);
            InternalInsertNodeBefore(node.next, result);            return result;
        }        public void AddAfter(LinkedListNode<T> node, LinkedListNode<T> newNode)
        {
            ValidateNode(node);
            ValidateNewNode(newNode);
            InternalInsertNodeBefore(node.next, newNode);
            newNode.list = this;
        }        public LinkedListNode<T> AddBefore(LinkedListNode<T> node, T value)
        {
            ValidateNode(node);
            LinkedListNode<T> result = new LinkedListNode<T>(node.list, value);
            InternalInsertNodeBefore(node, result);            if (node == head)
            {
                head = result;
            }            return result;
        }        public void AddBefore(LinkedListNode<T> node, LinkedListNode<T> newNode)
        {
            ValidateNode(node);
            ValidateNewNode(newNode);
            InternalInsertNodeBefore(node, newNode);
            newNode.list = this;            if (node == head)
            {
                head = newNode;
            }
        }        public LinkedListNode<T> AddFirst(T value)
        {
            LinkedListNode<T> result = new LinkedListNode<T>(this, value);            
            if (head == null)
            {
                InternalInsertNodeToEmptyList(result);
            }            else
            {
                InternalInsertNodeBefore(head, result);
                head = result;
            }            return result;
        }        public void AddFirst(LinkedListNode<T> node)
        {
            ValidateNewNode(node);            if (head == null)
            {
                InternalInsertNodeToEmptyList(node);
            }            else
            {
                InternalInsertNodeBefore(head, node);
                head = node;
            }
            node.list = this;
        }        public LinkedListNode<T> AddLast(T value)
        {
            LinkedListNode<T> result = new LinkedListNode<T>(this, value);            
            if (head == null)
            {
                InternalInsertNodeToEmptyList(result);
            }            else
            {
                InternalInsertNodeBefore(head, result);
            }            return result;
        }        public void AddLast(LinkedListNode<T> node)
        {
            ValidateNewNode(node);            if (head == null)
            {
                InternalInsertNodeToEmptyList(node);
            }            else
            {
                InternalInsertNodeBefore(head, node);
            }
            node.list = this;
        }

5 再看下,清除鍊錶所有節點,此處是設定所有節點不在指向記憶體堆,然後等GC回收,

        public void Clear()
        {
            LinkedListNode<T> current = head;            
            while (current != null)
            {
                LinkedListNode<T> temp = current;
                current = current.Next;   
                // use Next the instead of "next", otherwise it will loop forever
                temp.Invalidate();
            }

            head = null;
            count = 0;
            version++;
        }
6 與只相對應的是移除某個節點的一些列接口,與添加類似,不再贅述,

Clear裡面呼叫了Invalidate(),實作很簡單:

        internal void Invalidate()
        {
            list = null;
            next = null;
            prev = null;
        }
7 判斷某個節點值為value的存在性,裡面呼叫

Find方法
        public bool Contains(T value)
        {            return Find(value) != null;
        }
## #Find方法實作細節,類似的###API###還有FindLast,因為是雙向鍊錶,所以從尾部開始遍歷鍊錶即可,###
       public LinkedListNode<T> Find(T value)
        {
            LinkedListNode<T> node = head;            
            //调用默认相等比较器
            EqualityComparer<T> c = EqualityComparer<T>.Default;            
            if (node != null)//链表为null
            {                
            if (value != null) 
                {                    
                do
                    {                        
                    if (c.Equals(node.item, value)) //Equals:某个节点node的item与value相等
                        {                            
                        return node;
                        }
                        node = node.next;
                    } while (node != head);
                }                
                else
                {                    
                do
                    {                        
                    if (node.item == null)
                        {                            
                        return node; 
                        }
                        node = node.next;
                    } while (node != head);
                }
            }            return null; //链表为null,直接返回null
        }
###8 再看一個複製資料到###陣列###的實作:###
        public void CopyTo(T[] array, int index)
        {            
        if (array == null)
            {                
            throw new ArgumentNullException(nameof(array));
            }            
            if (index < 0)
            {                
            throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(index), index, SR.ArgumentOutOfRange_NeedNonNegNum);
            }            
            if (index > array.Length)
            {                
            throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(index), index, SR.ArgumentOutOfRange_BiggerThanCollection);
            }            
            if (array.Length - index < Count)
            {                
            throw new ArgumentException(SR.Arg_InsufficientSpace);
            }

            LinkedListNode<T> node = head;            
            if (node != null)
            {
                do
                {
                    array[index++] = node.item;
                    node = node.next;
                } while (node != head); //双向链表,再次遍历到头结点时
            }
        }
######

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陳述
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