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Estrutura de dados de lista duplamente vinculada em C ++ com ilustração

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doubly linked list data structure c with illustration

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Um tutorial aprofundado sobre a lista duplamente vinculada.

Uma lista duplamente vinculada é uma variação da lista unicamente vinculada. Estamos cientes de que a lista ligada individualmente é uma coleção de nós com cada nó tendo uma parte de dados e um ponteiro apontando para o próximo nó.

Uma lista duplamente vinculada também é uma coleção de nós. Cada nó aqui consiste em uma parte de dados e dois ponteiros. Um ponteiro aponta para o nó anterior enquanto o segundo ponteiro aponta para o próximo nó.

=> Verifique os tutoriais detalhados de treinamento C ++ aqui.

LISTA DUPLA LIGADA

O que você aprenderá:

Duplamente vinculado em C ++

Como na lista unida individualmente, a lista duplamente vinculada também tem uma cabeça e uma cauda. O ponteiro anterior da cabeça é definido como NULL, pois este é o primeiro nó. O próximo ponteiro do nó final é definido como NULL, pois este é o último nó.

Um layout básico da lista duplamente vinculada é mostrado no diagrama abaixo.

Um layout básico da lista duplamente vinculada

Na figura acima, vemos que cada nó possui dois ponteiros, um apontando para o nó anterior e o outro apontando para o próximo nó. Apenas o primeiro nó (cabeça) tem seu nó anterior definido como nulo e o último nó (cauda) tem seu próximo ponteiro definido como nulo.

Como a lista duplamente vinculada contém dois indicadores, ou seja, anterior e próximo, podemos percorrê-la nas direções para frente e para trás. Esta é a principal vantagem da lista duplamente vinculada em relação à lista vinculada simples.

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Declaração

Na declaração de estilo C, um nó da lista duplamente vinculada é representado da seguinte forma:

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

Além da declaração acima, também podemos representar um nó na lista duplamente vinculada como uma classe em C ++. Uma lista duplamente vinculada é representada como uma classe quando usamos STL em C ++. Podemos implementar uma lista duplamente vinculada usando uma classe em Java também.

Operações básicas

A seguir estão algumas das operações que podemos realizar em uma lista duplamente vinculada.

Inserção

A operação de inserção da lista duplamente vinculada insere um novo nó na lista vinculada. Dependendo da posição onde o novo nó deve ser inserido, podemos ter as seguintes operações de inserção.

  • Inserção na frente - Insere um novo nó como o primeiro nó.
  • Inserção no final - Insere um novo nó no final como o último nó.
  • Inserção antes de um nó - Dado um nó, insere um novo nó antes deste nó.
  • Inserção após um nó - Dado um nó, insere um novo nó após este nó.

Eliminação

A operação de exclusão exclui um nó de uma determinada posição na lista duplamente vinculada.

  • Exclusão do primeiro nó - Exclui o primeiro nó da lista
  • Exclusão do último nó - Exclui o último nó da lista.
  • Exclusão de um nó dado os dados - Dados os dados, a operação combina os dados com os dados do nó na lista vinculada e exclui esse nó.

Travessia

Traversal é uma técnica de visitar cada nó na lista vinculada. Em uma lista duplamente vinculada, temos dois tipos de travessias, pois temos dois ponteiros com direções diferentes na lista duplamente vinculada.

  • Traversal para frente - O transversal é feito usando o próximo ponteiro que está na direção para frente.
  • Travessia para trás - O transversal é feito usando o ponteiro anterior, que é a direção para trás.

Marcha ré

Esta operação inverte os nós na lista duplamente vinculada de forma que o primeiro nó se torne o último nó enquanto o último nó se torna o primeiro nó.

Procurar

A operação de pesquisa na lista duplamente vinculada é usada para pesquisar um nó específico na lista vinculada. Para isso, precisamos percorrer a lista até que um dado correspondente seja encontrado.

Inserção

Insira um nó na frente

Insira um nó na frente

A inserção de um novo nó na frente da lista é mostrada acima. Como visto, o novo nó N anterior é definido como nulo. Head aponta para o novo nó. O próximo ponteiro de N agora aponta para N1 e o anterior de N1 que antes apontava para Nulo agora aponta para N.

Insira o nó no final

Insira o nó no final

A inserção do nó no final da lista duplamente vinculada é obtida apontando o próximo ponteiro do novo nó N para nulo. O ponteiro anterior de N é apontado para N5. O ponteiro ‘Próximo’ de N5 é apontado para N.

Inserir nó antes / depois de determinado nó

Inserir nó antes e depois de determinado nó

Conforme mostrado no diagrama acima, quando temos que adicionar um nó antes ou depois de um nó particular, mudamos os ponteiros anterior e seguinte dos nós antes e depois de forma a apontar apropriadamente para o novo nó. Além disso, os novos ponteiros de nó são apontados apropriadamente para os nós existentes.

O programa C ++ a seguir demonstra todos os métodos acima para inserir nós na lista duplamente vinculada.

#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

Resultado:

A lista duplamente vinculada é a seguinte:

1020304050NULL

O programa acima constrói uma lista duplamente ligada inserindo os nós usando três métodos de inserção, ou seja, inserindo o nó na frente, inserindo o nó no final e inserindo o nó após o nó dado.

A seguir, demonstramos a mesma operação de uma implementação 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); } }

Resultado:

A lista duplamente vinculada criada é a seguinte:

como adicionar um elemento a um array em java

1020304050null

Eliminação

Um nó pode ser excluído de uma lista duplamente vinculada a partir de qualquer posição, como na frente, na extremidade ou em qualquer outra posição ou dados fornecidos.

Ao excluir um nó da lista duplamente vinculada, primeiro reposicionamos o ponteiro apontando para aquele nó específico de forma que os nós anterior e posterior não tenham nenhuma conexão com o nó a ser excluído. Podemos então excluir facilmente o nó.

Considere a seguinte lista duplamente ligada com três nós A, B, C. Vamos considerar que precisamos deletar o nó B.

lista duplamente ligada com três nós A, B, C

Conforme mostrado na série acima do diagrama, demonstramos a exclusão do nó B da lista vinculada fornecida. A seqüência de operação permanece a mesma, mesmo se o nó for o primeiro ou o último. O único cuidado que deve ser tomado é que, se no caso de o primeiro nó ser excluído, o ponteiro anterior do segundo nó será definido como nulo.

Da mesma forma, quando o último nó é excluído, o próximo ponteiro do nó anterior será definido como nulo. Se os nós intermediários forem excluídos, a sequência será como acima.

Saímos do programa para excluir um nó de uma lista duplamente vinculada. Observe que a implementação será nas linhas da implementação de inserção.

Lista reversa duplamente vinculada

Reverter uma lista duplamente vinculada é uma operação importante. Nesse caso, simplesmente trocamos os ponteiros anterior e seguinte de todos os nós e também trocamos os ponteiros inicial e final.

A seguir está uma lista duplamente vinculada:

Reverter lista duplamente vinculada

A implementação seguinte de C ++ mostra a lista reversa duplamente vinculada.

#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; }

Resultado:

Lista duplamente vinculada original:

1 2 3 4 5

Lista duplamente vinculada reversa:

5 4 3 2 1

Aqui, trocamos os ponteiros esquerdo e direito e os movemos um em direção ao outro até que se encontrem ou se cruzem. Em seguida, o primeiro e o último nós são trocados.

O próximo programa é a implementação Java para reverter uma lista duplamente vinculada. Neste programa também fazemos uso da troca dos nós esquerdo e direito como fizemos em nosso programa anterior.

// 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); } }

Resultado:

Lista duplamente vinculada original:

1 2 3 4 5

Lista duplamente vinculada invertida:

5 4 3 2 1

Vantagens / desvantagens em relação à lista vinculada individualmente

Vamos discutir algumas das vantagens e desvantagens da lista duplamente vinculada em relação à lista unicamente vinculada.

Vantagens:

  • A lista duplamente vinculada pode ser percorrida tanto na direção para frente quanto para trás, ao contrário da lista unicamente vinculada que pode ser percorrida apenas na direção para frente.
  • A operação de exclusão em uma lista duplamente vinculada é mais eficiente quando comparada à lista única quando um determinado nó é fornecido. Em uma lista ligada isoladamente, como precisamos de um nó anterior para excluir o nó fornecido, às vezes precisamos percorrer a lista para encontrar o nó anterior. Isso atinge o desempenho.
  • A operação de inserção pode ser feita facilmente em uma lista duplamente vinculada, quando comparada à lista unicamente vinculada.

Desvantagens:

  • Como a lista duplamente vinculada contém mais um ponteiro extra, ou seja, anterior, o espaço de memória ocupado pela lista duplamente vinculada é maior quando comparado à lista unida individualmente.
  • Uma vez que dois indicadores estão presentes, ou seja, anterior e seguinte, todas as operações realizadas na lista duplamente vinculada devem cuidar desses indicadores e mantê-los, resultando em um gargalo de desempenho.

Aplicações de lista duplamente vinculada

Uma lista duplamente vinculada pode ser aplicada em vários cenários e aplicativos da vida real, conforme discutido abaixo.

  • Um baralho de cartas em um jogo é um exemplo clássico de uma lista duplamente vinculada. Dado que cada carta em um baralho tem a carta anterior e a próxima carta organizadas sequencialmente, esse baralho de cartas pode ser facilmente representado usando uma lista duplamente vinculada.
  • Histórico / cache do navegador - o cache do navegador tem uma coleção de URLs e pode ser navegado usando os botões avançar e voltar. É outro bom exemplo que pode ser representado como uma lista duplamente vinculada.
  • Mais recentemente usado (MRU) também pode ser representado como uma lista duplamente vinculada.
  • Outras estruturas de dados como pilhas, tabela hash e árvore binária também podem ser construídas ou programadas usando uma lista duplamente vinculada.

Conclusão

Uma lista duplamente vinculada é uma variação da lista unicamente vinculada. Ela difere da lista vinculada individualmente porque cada nó contém um ponteiro extra para o nó anterior junto com o próximo ponteiro.

A presença de um ponteiro extra facilita as operações de inserção e exclusão na lista duplamente vinculada, mas ao mesmo tempo requer memória extra para armazenar esses ponteiros extras.

Como já discutido, a lista duplamente vinculada tem vários usos em cenários de tempo real como cache do navegador, MRUs, etc. Também podemos representar outras estruturas de dados como árvores, tabelas hash, etc. usando uma lista duplamente vinculada.

Em nosso próximo tutorial, aprenderemos mais sobre a Lista vinculada circular.

=> Leia a popular série de treinamento C ++ aqui.

Leitura recomendada

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