【C#知识点详解】LinkedList＜T＞储存结构详解

        今天来介绍一下LinkedList的内部结构，说不多说直接开始。

内部数据

        LinkedList是一个双向链表结构的容器，其内部为非连续的内存空间。LinkedList包含的主要成员示例如下：

//起始LinkedListNode节点
internal LinkedListNode? head;
//LinkedList中包含的数据数量
internal int count;
//版本号，用于检测LinkedList是否被修改
internal int version;

public sealed class LinkedListNode
{
	// 存储的数据对象
	internal T item;	
	//下一个LinkedListNode节点
    internal LinkedListNode? next;	
	//上一个LinkedListNode节点
    internal LinkedListNode? prev;
}

        LinkedListNode是LinkedList中一个重要的数据结构，其中包含了三个成员变量：

• T item：数据对象，item是实际存储数据的地方。
• LinkedListNode? next：指向下一个LinkedListNode的节点，没有则为null。
• LinkedListNode? prev：指向上一个LinkedListNode的节点，没有则为null。

        LinkedListNode? head存储的是起始LinkedListNode节点。

        int count记录的是LinkedList中存储数据的数量。

        int version记录的是版本号信息，用于检测LinkedList是否被修改，每次LinkedList修改时version会加1处理。

数据操作

        添加数据

        LinkedList有多种添加数据的方式，方法如下：

• AddFirst(T value)：在列表头部添加数据。
• AddLast(T value)：在列表尾部添加数据。
• AddAfter(LinkedListNode node, T value)：在指定节点前面添加数据。
• AddBefore(LinkedListNode node, T value)：在指定节点后面添加数据。

        添加数据的过程为先创建一个新的LinkedListNode对象，然后根据不同的方法，将LinkedListNode对象插入到指定节点的前面或者后面。这里以AddLast举例，示例代码如下：

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

private void InternalInsertNodeBefore(LinkedListNode node, LinkedListNode newNode)
{
    newNode.next = node;
    newNode.prev = node.prev;
    node.prev!.next = newNode;
    node.prev = newNode;
    version++;
    count++;
}

        这里讲解一下InternalInsertNodeBefore方法，由于LinkedList是双向链表，在调用AddLast方法在尾部添加数据时，newNode.next的下一个节点也就是head节点，head的上一个节点会被设置为newNode.prev对象。略微有点绕，不过简单推导一下基本可以理解。

        移除数据

        LinkedList同样有多种移除数据的方法，示例如下：

• Remove(T value)：移除指定数据对象，当存在多个相同数据时，会移除第一个相同的数据。
• Remove(LinkedListNode node)：移除指定节点。
• RemoveFirst()：移除第一个节点。
• RemoveLast()：移除最后一个节点。

        几个方法移除数据的过程基本相同，这里以Remove(T value)示例，示例代码如下：

public bool Remove(T value)
{
    LinkedListNode? node = Find(value);
    if (node != null)
    {
        InternalRemoveNode(node);
        return true;
    }
    return false;
}

internal void InternalRemoveNode(LinkedListNode node)
{
    if (node.next == node)
    {
        head = null;
    }
    else
    {
        node.next!.prev = node.prev;
        node.prev!.next = node.next;
        if (head == node)
        {
            head = node.next;
        }
    }
    node.Invalidate();
    count--;
    version++;
}

        移除数据的主要过程在InternalRemoveNode(LinkedListNode node)方法中，其主要操作是将移除对象的前后节点进行重行赋值，小伙伴可以自己推导一下。

        遍历数据

        先来介绍一下用foreach遍历LinkedList，foreach是从头到尾逐个遍历LinkedList。需要注意的是遍历过程中不能对LinkedList进行插入/删除操作，不然会抛出异常。示例代码如下：

LinkedList list = new LinkedList();
// 添加元素...

foreach (string item in list)
{
    Console.WriteLine(item);
}

        其次是用for循环遍历LinkedList，for循环的好处在于可以正向遍历，也可以反向遍历，并且在遍历过程中可以对LinkedList进行插入/删除操作。示例代码如下：

// 正向遍历
for (LinkedListNode node = list.First; node != null; node = node.Next)
{
    Console.WriteLine(node.Value);
}

// 反向遍历
for (LinkedListNode node = list.Last; node != null; node = node.Previous)
{
    Console.WriteLine(node.Value);
}

相关文档链接

LinkedList 类官方文档：https://learn.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.collections.generic.linkedlist-1?view=net-9.0

LinkedList源码地址：https://github.com/dotnet/runtime/blob/main/src/libraries/System.Collections/src/System/Collections/Generic/LinkedList.cs