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Struttura dei dati della lista doppiamente collegata in C ++ con illustrazione

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doubly linked list data structure c with illustration

Prova Il Nostro Strumento Per Eliminare I Problemi

Un'esercitazione approfondita sull'elenco a doppio collegamento.

Una lista doppiamente collegata è una variazione della lista collegata singolarmente. Siamo consapevoli che l'elenco collegato singolarmente è una raccolta di nodi con ogni nodo che ha una parte dati e un puntatore che punta al nodo successivo.

Una lista doppiamente collegata è anche una raccolta di nodi. Ogni nodo qui è costituito da una parte di dati e due puntatori. Un puntatore punta al nodo precedente mentre il secondo puntatore punta al nodo successivo.

=> Controlla qui i tutorial di formazione approfonditi su C ++.

ELENCO DOPPIO COLLEGATO

Cosa imparerai:

Doppio collegamento in C ++

Come nella lista collegata singolarmente, anche la lista doppiamente collegata ha una testa e una coda. Il puntatore precedente della testa è impostato su NULL poiché questo è il primo nodo. Il puntatore successivo del nodo di coda è impostato su NULL poiché questo è l'ultimo nodo.

Un layout di base dell'elenco a doppio collegamento è mostrato nel diagramma sottostante.

Un layout di base della lista doppiamente collegata

Nella figura sopra, vediamo che ogni nodo ha due puntatori, uno che punta al nodo precedente e l'altro che punta al nodo successivo. Solo il primo nodo (head) ha il suo nodo precedente impostato su null e l'ultimo nodo (tail) ha il puntatore successivo impostato su null.

Poiché l'elenco doppiamente collegato contiene due puntatori, ovvero precedente e successivo, possiamo spostarlo nelle direzioni avanti e indietro. Questo è il vantaggio principale della lista doppiamente collegata rispetto alla lista collegata singolarmente.

bubble sort in ordine decrescente c ++

Dichiarazione

Nella dichiarazione in stile C, un nodo della lista doppiamente concatenata è rappresentato come segue:

struct node { struct node *prev; int data; struct node *next; };

Oltre alla dichiarazione di cui sopra, possiamo anche rappresentare un nodo nella lista doppiamente concatenata come una classe in C ++. Una lista doppiamente concatenata è rappresentata come una classe quando usiamo STL in C ++. Possiamo anche implementare una lista doppiamente collegata usando una classe in Java.

Operazioni di base

Di seguito sono riportate alcune delle operazioni che possiamo eseguire su una lista doppiamente collegata.

Inserimento

L'operazione di inserimento della lista doppiamente collegata inserisce un nuovo nodo nella lista collegata. A seconda della posizione in cui deve essere inserito il nuovo nodo, possiamo avere le seguenti operazioni di inserimento.

  • Inserimento frontale - Inserisce un nuovo nodo come primo nodo.
  • Inserimento alla fine - Inserisce un nuovo nodo alla fine come ultimo nodo.
  • Inserimento prima di un nodo - Dato un nodo, inserisce un nuovo nodo prima di questo nodo.
  • Inserimento dopo un nodo - Dato un nodo, inserisce un nuovo nodo dopo questo nodo.

Cancellazione

L'operazione di eliminazione elimina un nodo da una data posizione nell'elenco a doppio collegamento.

  • Cancellazione del primo nodo - Elimina il primo nodo nell'elenco
  • Cancellazione dell'ultimo nodo - Elimina l'ultimo nodo nell'elenco.
  • Cancellazione di un nodo dati i dati - Dati i dati, l'operazione fa corrispondere i dati con i dati del nodo nell'elenco collegato ed elimina quel nodo.

Traversal

L'attraversamento è una tecnica per visitare ogni nodo nell'elenco collegato. In una lista doppiamente collegata, abbiamo due tipi di attraversamenti poiché abbiamo due puntatori con direzioni diverse nella lista doppiamente collegata.

  • Traslazione in avanti - L'attraversamento viene eseguito utilizzando il puntatore successivo che si trova nella direzione in avanti.
  • Attraversamento all'indietro - L'attraversamento viene eseguito utilizzando il puntatore precedente che è la direzione all'indietro.

Inversione

Questa operazione inverte i nodi nell'elenco a doppia connessione in modo che il primo nodo diventi l'ultimo nodo mentre l'ultimo nodo diventa il primo nodo.

Ricerca

L'operazione di ricerca nell'elenco a due collegamenti viene utilizzata per cercare un particolare nodo nell'elenco collegato. A questo scopo, dobbiamo attraversare l'elenco finché non viene trovato un dato corrispondente.

Inserimento

Inserisci un nodo sul davanti

Inserisci un nodo sul davanti

Sopra è mostrato l'inserimento di un nuovo nodo all'inizio dell'elenco. Come visto, il nuovo nodo precedente N è impostato su null. Head punta al nuovo nodo. Il puntatore successivo di N ora punta a N1 e il precedente di N1 che prima puntava a Null ora punta a N.

Inserisci nodo alla fine

Inserisci nodo alla fine

L'inserimento del nodo alla fine della lista doppiamente concatenata si ottiene puntando il prossimo puntatore del nuovo nodo N su null. Il puntatore precedente di N è puntato a N5. Il puntatore 'Avanti' di N5 punta a N.

Inserisci nodo prima / dopo un dato nodo

Inserisci il nodo prima e dopo un dato nodo

Come mostrato nel diagramma sopra, quando dobbiamo aggiungere un nodo prima o dopo un nodo particolare, cambiamo i puntatori precedente e successivo dei nodi prima e dopo in modo da puntare in modo appropriato al nuovo nodo. Inoltre, i nuovi puntatori di nodo vengono puntati in modo appropriato ai nodi esistenti.

Il seguente programma C ++ mostra tutti i metodi precedenti per inserire i nodi nell'elenco a doppia connessione.

#include using namespace std; // A doubly linked list node struct Node { int data; struct Node* next; struct Node* prev; }; //inserts node at the front of the list void insert_front(struct Node** head, int new_data) { //allocate memory for New node struct Node* newNode = new Node; //assign data to new node newNode->data = new_data; //new node is head and previous is null, since we are adding at the front newNode->next = (*head); newNode->prev = NULL; //previous of head is new node if ((*head) != NULL) (*head)->prev = newNode; //head points to new node (*head) = newNode; } /* Given a node as prev_node, insert a new node after the given node */ void insert_After(struct Node* prev_node, int new_data) { //check if prev node is null if (prev_node == NULL) { coutnext = prev_node->next; //set next of prev node to newnode prev_node->next = newNode; //now set prev of newnode to prev node newNode->prev = prev_node; //set prev of new node's next to newnode if (newNode->next != NULL) newNode->next->prev = newNode; } //insert a new node at the end of the list void insert_end(struct Node** head, int new_data) { //allocate memory for node struct Node* newNode = new Node; struct Node* last = *head; //set last node value to head //set data for new node newNode->data = new_data; //new node is the last node , so set next of new node to null newNode->next = NULL; //check if list is empty, if yes make new node the head of list if (*head == NULL) { newNode->prev = NULL; *head = newNode; return; } //otherwise traverse the list to go to last node while (last->next != NULL) last = last->next; //set next of last to new node last->next = newNode; //set last to prev of new node newNode->prev = last; return; } // This function prints contents of linked list starting from the given node void displayList(struct Node* node) { struct Node* last; while (node != NULL) { coutnext; } if(node == NULL) cout

Produzione:

La lista doppiamente collegata è la seguente:

1020304050NULL

Il programma precedente costruisce una lista doppiamente concatenata inserendo i nodi utilizzando tre metodi di inserimento, ovvero inserendo il nodo in primo piano, inserendo il nodo alla fine e inserendo il nodo dopo il nodo dato.

Successivamente, dimostriamo la stessa operazione di un'implementazione Java.

// Java Class for Doubly Linked List class Doubly_linkedList { Node head; // list head /* Doubly Linked list Node*/ class Node { int data; Node prev; Node next; //create a new node using constructor Node(int d) { data = d; } } // insert a node at the front of the list public void insert_front(int new_data) { /* 1. allocate node * 2. put in the data */ Node new_Node = new Node(new_data); /* 3. Make next of new node as head and previous as NULL */ new_Node.next = head; new_Node.prev = null; /* 4. change prev of head node to new node */ if (head != null) head.prev = new_Node; /* 5. move the head to point to the new node */ head = new_Node; } //insert a node after the given prev node public void Insert_After(Node prev_Node, int new_data) { //check that prev node is not null if (prev_Node == null) { System.out.println('The previous node is required,it cannot be NULL '); return; } //allocate new node and set it to data Node newNode = new Node(new_data); //set next of newNode as next of prev node newNode.next = prev_Node.next; //set new node to next of prev node prev_Node.next = newNode; //set prev of newNode as prev node newNode.prev = prev_Node; //set prev of new node's next to newnode if (newNode.next != null) newNode.next.prev = newNode; } // Add a node at the end of the list void insert_end(int new_data) { //allocate the node and set the data Node newNode = new Node(new_data); Node last = head; //set last as the head //set next of new node to null since its the last node newNode.next = null; //set new node as head if the list is null if (head == null) { newNode.prev = null; head = newNode; return; } //if list is not null then traverse it till the last node and set last next to last while (last.next != null) last = last.next; last.next = newNode; //set last next to new node newNode.prev = last; //set last as prev of new node } // display the contents of linked list starting from the given node public void displaylist(Node node) { Node last = null; while (node != null) { System.out.print(node.data + ''); last = node; node = node.next; } if(node == null) System.out.print('null'); System.out.println(); } } class Main{ public static void main(String() args) { /* Start with the empty list */ Doubly_linkedList dll = new Doubly_linkedList(); // Insert 40. dll.insert_end(40); // Insert 20 at the beginning. dll.insert_front(20); // Insert 10 at the beginning. dll.insert_front(10); // Insert 50 at the end. dll.insert_end(50); // Insert 30, after 20. dll.Insert_After(dll.head.next, 30); System.out.println('Doubly linked list created is as follows: '); dll.displaylist(dll.head); } }

Produzione:

La lista doppiamente collegata creata è la seguente:

c ++ numero casuale compreso tra 0 e 10

1020304050null

Cancellazione

Un nodo può essere cancellato da una lista doppiamente collegata da qualsiasi posizione come dal front, end o qualsiasi altra data posizione o dato dato.

Quando si elimina un nodo dall'elenco a doppio collegamento, riposizioniamo prima il puntatore che punta a quel particolare nodo in modo che i nodi precedenti e successivi non abbiano alcuna connessione al nodo da eliminare. Possiamo quindi eliminare facilmente il nodo.

Considera la seguente lista doppiamente concatenata con tre nodi A, B, C. Consideriamo che dobbiamo eliminare il nodo B.

lista doppiamente concatenata con tre nodi A, B, C

Come mostrato nella serie precedente del diagramma, abbiamo dimostrato l'eliminazione del nodo B dalla data lista collegata. La sequenza delle operazioni rimane la stessa anche se il nodo è il primo o l'ultimo. L'unica cura che dovrebbe essere presa è che se nel caso in cui il primo nodo venga cancellato, il puntatore precedente del secondo nodo sarà impostato su null.

Allo stesso modo, quando viene eliminato l'ultimo nodo, il puntatore successivo del nodo precedente verrà impostato su null. Se tra i nodi vengono eliminati, la sequenza sarà come sopra.

Lasciamo il programma per eliminare un nodo da una lista doppiamente collegata. Notare che l'implementazione sarà sulla falsariga dell'implementazione dell'inserimento.

Elenco doppio collegato inverso

Invertire una lista doppiamente concatenata è un'operazione importante. In questo, scambiamo semplicemente i puntatori precedente e successivo di tutti i nodi e scambiamo anche i puntatori testa e coda.

Di seguito è riportato un elenco doppiamente collegato:

Inverti lista doppiamente collegata

La seguente implementazione di C ++ mostra l'elenco a doppio collegamento inverso.

#include using namespace std; //node declaration for doubly linked list struct Node { int data; struct Node *prev, *next; }; Node* newNode(int val) { Node* temp = new Node; temp->data = val; temp->prev = temp->next = nullptr; return temp; } void displayList(Node* head) { while (head->next != nullptr) { cout next; } cout next = *head; (*head)->prev = temp; (*head) = temp; } // reverse the doubly linked list void reverseList(Node** head) { Node* left = *head, * right = *head; // traverse entire list and set right next to right while (right->next != nullptr) right = right->next; //swap left and right data by moving them towards each other till they meet or cross while (left != right && left->prev != right) { // Swap left and right pointer data swap(left->data, right->data); // Advance left pointer left = left->next; // Advance right pointer right = right->prev; } } int main() { Node* headNode = newNode(5); insert(&headNode, 4); insert(&headNode, 3); insert(&headNode, 2); insert(&headNode, 1); cout << 'Original doubly linked list: ' << endl; displayList(headNode); cout << 'Reverse doubly linked list: ' << endl; reverseList(&headNode); displayList(headNode); return 0; }

Produzione:

Lista originale doppiamente collegata:

1 2 3 4 5

Lista doppiamente collegata inversa:

5 4 3 2 1

Qui scambiamo i puntatori sinistro e destro e li spostiamo l'uno verso l'altro finché non si incontrano o si incrociano. Quindi il primo e l'ultimo nodo vengono scambiati.

Il prossimo programma è l'implementazione Java per invertire una lista doppiamente collegata. Anche in questo programma facciamo uso dello scambio dei nodi sinistro e destro come abbiamo fatto nel nostro programma precedente.

// Java Program to Reverse a doubly linked List using Data Swapping class Main{ static class Node { int data; Node prev, next; }; static Node newNode(int new_data) { Node temp = new Node(); temp.data = new_data; temp.prev = temp.next = null; return temp; } static void displayList(Node head) { while (head.next != null) { System.out.print(head.data+ ' '); head = head.next; } System.out.println( head.data ); } // Insert a new node at the head of the list static Node insert(Node head, int new_data) { Node temp = newNode(new_data); temp.next = head; (head).prev = temp; (head) = temp; return head; } // Function to reverse the list static Node reverseList(Node head) { Node left = head, right = head; // traverse the list, set right pointer to end of list while (right.next != null) right = right.next; // move left and right pointers and swap their data till they meet or cross each other while (left != right && left.prev != right) { // Swap data of left and right pointer int t = left.data; left.data = right.data; right.data = t; left = left.next; // Advance left pointer right = right.prev; // Advance right pointer } return head; } public static void main(String args()) { Node headNode = newNode(5); headNode = insert(headNode, 4); headNode = insert(headNode, 3); headNode = insert(headNode, 2); headNode = insert(headNode, 1); System.out.println('Original doubly linked list:'); displayList(headNode); System.out.println('Reversed doubly linked list:'); headNode=reverseList(headNode); displayList(headNode); } }

Produzione:

Lista originale doppiamente collegata:

1 2 3 4 5

Elenco doppiamente collegato invertito:

5 4 3 2 1

Vantaggi / svantaggi rispetto agli elenchi collegati singolarmente

Cerchiamo di discutere alcuni dei vantaggi e degli svantaggi della lista doppiamente collegata rispetto alla lista collegata singolarmente.

Vantaggi:

  • La lista doppiamente collegata può essere spostata sia in avanti che indietro, a differenza della lista collegata singolarmente che può essere spostata solo nella direzione avanti.
  • L'operazione di eliminazione in un elenco a doppio collegamento è più efficiente rispetto a un elenco singolo quando viene fornito un dato nodo. In un elenco collegato singolarmente, poiché abbiamo bisogno di un nodo precedente per eliminare il nodo dato, a volte dobbiamo attraversare l'elenco per trovare il nodo precedente. Questo colpisce la performance.
  • L'operazione di inserimento può essere eseguita facilmente in una lista doppiamente collegata rispetto alla lista collegata singolarmente.

Svantaggi:

  • Poiché la lista doppiamente concatenata contiene un ulteriore puntatore extra, cioè precedente, lo spazio di memoria occupato dalla lista doppiamente concatenata è maggiore rispetto alla lista collegata singolarmente.
  • Poiché sono presenti due puntatori, ovvero precedente e successivo, tutte le operazioni eseguite sulla lista doppiamente concatenata devono prendersi cura di questi puntatori e mantenerli, determinando un collo di bottiglia delle prestazioni.

Applicazioni della lista doppiamente collegata

Un elenco a doppio collegamento può essere applicato in vari scenari e applicazioni di vita reale, come discusso di seguito.

  • Un mazzo di carte in un gioco è un classico esempio di una lista doppiamente collegata. Dato che ogni carta in un mazzo ha la carta precedente e la carta successiva disposte in sequenza, questo mazzo di carte può essere facilmente rappresentato utilizzando un elenco a doppio collegamento.
  • Cronologia / cache del browser: la cache del browser ha una raccolta di URL e può essere esplorata utilizzando i pulsanti Avanti e Indietro è un altro buon esempio che può essere rappresentato come un elenco doppiamente collegato.
  • Anche quelli usati di recente (MRU) possono essere rappresentati come un elenco a doppio collegamento.
  • Altre strutture di dati come Stack, tabella hash, albero binario possono anche essere costruite o programmate utilizzando una lista doppiamente collegata.

Conclusione

Una lista doppiamente collegata è una variazione della lista collegata singolarmente. Si differenzia dall'elenco collegato singolarmente in quanto ogni nodo contiene un puntatore aggiuntivo al nodo precedente insieme al puntatore successivo.

Questa presenza di un puntatore aggiuntivo facilita le operazioni di inserimento, cancellazione sulla lista doppiamente concatenata ma allo stesso tempo richiede memoria aggiuntiva per memorizzare questi puntatori aggiuntivi.

Come già discusso, la lista doppiamente collegata ha vari usi in scenari in tempo reale come cache del browser, MRU, ecc. Possiamo anche rappresentare altre strutture di dati come alberi, tabelle hash, ecc. Utilizzando una lista doppiamente collegata.

Nel nostro prossimo tutorial, impareremo di più sull'elenco collegato circolare.

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