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 和 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.prev 和root.next要 指向 root 节点本人。

阐明：

这是一个递归定义, 能够试着打印 root.prev，root.prev.prev 或者 root.next，root.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…