关于数据结构:golang泛型实现双向循环链表

一、写在后面

规范库的双向循环链表实现是基于interface{}的,性能个别。为了晋升性能,本文基于泛型语法实现一个比规范库更快的链表写法(次要包含双向循环链表的插入和删除的外围操作)。

二、什么是链表

链表用于存储逻辑关系为 “一对一” 的数据,与数组不一样,不要求存储地址是间断的。

三、链表的分类

  • 链表依据指针的指向分为 单向链表双向链表

    • 单向链表:通常应用Next指针
    type Node[T any] struct {
        next    *Node[T]
        Element T
    }
    • 双向链表:通常应用Next、Prev两个指针.
    type Node[T any] struct {
        next    *Node[T]
        prev    *Node[T]
        Element T
    }
  • 链表依据是否循环, 又分为

    • 单向循环链表
    • 双向循环链表
    • 单向链表
    • 双向链表

四、双向循环链表的实现

上面次要介绍在工程上用得比拟多的双向循环链表(将双向链表的头结点和尾结点链接起来形成循环的链表)的实现。

4.1 双向循环链表的表头定义和初始化函数

循环链表和一般的双向链表最大的区别是初始化的时候root.prevroot.next指向root节点本人

阐明:

这是一个递归定义,能够试着打印root.prevroot.prev.prev或者root.nextroot.next.next的地址看看。


// 每个Node节点, 蕴含前向和后向两个指针和数据域
type Node[T any] struct {
    next    *Node[T]
    prev    *Node[T]
    Element T
}

// 返回一个双向循环链表
func New[T any]() *LinkedList[T] {
    return new(LinkedList[T]).Init()
}

// 指向本人, 组成一个环
func (l *LinkedList[T]) Init() *LinkedList[T] {
    l.root.next = &l.root
    l.root.prev = &l.root
    l.length = 0
    return l
}

4.2 插入节点的图示

在root节点,如何指向最初一个元素呢? 就是root.prev,下图展现双向循环链表插入节点的过程。

  • e是待插入节点
  • at是实现插入动作之后e节点后面的一个节点
// at e at.next
// at <- e
//       e -> at.next
// at -> e
//       e <- at.next
func (l *LinkedList[T]) insert(at, e *Node[T]) {
    e.prev = at
    e.next = at.next
    e.next.prev = e
    at.next = e
    l.length++
}

4.2.1 插入节点之前的状态

4.2.2 批改e节点的prev指针

4.2.3 批改e节点的next指针

4.2.4 批改e.next.prev指针

4.2.5 批改at指针的next指针

即,批改2元素的next指针。

4.3 删除节点的图示

删除某个节点,是把这个节点的后面一个节点和前面一个节点搭上关系。
令n为待删除节点


// 删除这个元素
// n.prev n n.next
// n.prev --> n.next
// n.prev <-- n.next
func (l *LinkedList[T]) remove(n *Node[T]) {
    n.prev.next = n.next
    n.next.prev = n.prev
    n.prev = nil
    n.next = nil
    l.length--
}

4.3.1 删除节点之前的状态

4.3.2 批改n节点的前一个节点的next指针

即,n.prev.next = n.next

4.3.3 批改n节点的后一个节点的prev指针

即,下图为删除节点之后的状态。

五、性能压测

stdlib是目前规范库内置的双向循环链表, gstl是本文中提到的双向循环链表实现。benchmark逻辑是对两种链表的尾部节点增加数据,其中本文实现链表(gstl)性能相比规范库快一倍无余。

goos: darwin
goarch: amd64
pkg: github.com/guonaihong/gstl/linkedlist
cpu: Intel(R) Core(TM) i7-1068NG7 CPU @ 2.30GHz
Benchmark_ListAdd_Stdlib-8        5918479           190.0 ns/op
Benchmark_ListAdd_gstl-8         15942064            83.15 ns/op
PASS
ok      github.com/guonaihong/gstl/linkedlist    3.157s

六、残缺的源代码

双向循环链表的操作除了上文提到的插入删除外,还有表与表的合并宰割获取某个index的值等等,实现时能够先在纸上画图,再写代码。如果还有疑难能够参考如下链接中的源码:https://github.com/guonaihong…

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