doubly linked list data structure c with illustration
이중 연결 목록에 대한 심층 자습서.
이중 연결 목록은 단일 연결 목록의 변형입니다. 단일 연결 목록은 각 노드가 데이터 부분과 다음 노드를 가리키는 포인터가있는 노드 모음이라는 것을 알고 있습니다.
이중 연결 목록은 노드 모음이기도합니다. 여기의 각 노드는 데이터 부분과 두 개의 포인터로 구성됩니다. 하나의 포인터는 이전 노드를 가리키고 두 번째 포인터는 다음 노드를 가리 킵니다.
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학습 내용 :
C ++로 이중 연결
단일 연결 목록에서와 같이 이중 연결 목록에도 머리와 꼬리가 있습니다. 헤드의 이전 포인터는 첫 번째 노드이므로 NULL로 설정됩니다. 꼬리 노드의 다음 포인터는 마지막 노드이므로 NULL로 설정됩니다.
이중 연결 목록의 기본 레이아웃은 아래 다이어그램에 나와 있습니다.
위 그림에서 각 노드에는 두 개의 포인터가 있습니다. 하나는 이전 노드를 가리키고 다른 하나는 다음 노드를 가리 킵니다. 첫 번째 노드 (헤드) 만 이전 노드가 널로 설정되고 마지막 노드 (꼬리)가 다음 포인터가 널로 설정됩니다.
이중 연결 목록에는 두 개의 포인터, 즉 이전과 다음이 포함되어 있으므로 앞뒤 방향으로 이동할 수 있습니다. 이것은 단일 연결 목록에 비해 이중 연결 목록의 주요 이점입니다.
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선언
C 스타일 선언에서 이중 연결 목록의 노드는 다음과 같이 표시됩니다.
struct node { struct node *prev; int data; struct node *next; };위의 선언과는 별도로 이중 연결 목록의 노드를 C ++의 클래스로 나타낼 수도 있습니다. 이중 연결 목록은 C ++에서 STL을 사용할 때 클래스로 표시됩니다. Java의 클래스를 사용하여 이중 연결 목록을 구현할 수도 있습니다.
기본 작동
다음은 이중 연결 목록에서 수행 할 수있는 몇 가지 작업입니다.
삽입
이중 연결 목록의 삽입 작업은 연결 목록에 새 노드를 삽입합니다. 새 노드를 삽입 할 위치에 따라 다음과 같은 삽입 작업을 수행 할 수 있습니다.
- 전면 삽입 – 새 노드를 첫 번째 노드로 삽입합니다.
- 끝에 삽입 – 마지막 노드로 끝에 새 노드를 삽입합니다.
- 노드 앞에 삽입 – 노드가 주어지면이 노드 앞에 새 노드를 삽입합니다.
- 노드 뒤에 삽입 – 노드가 주어지면이 노드 뒤에 새 노드를 삽입합니다.
삭제
삭제 작업은 이중 연결 목록의 지정된 위치에서 노드를 삭제합니다.
- 첫 번째 노드 삭제 – 목록에서 첫 번째 노드를 삭제합니다.
- 마지막 노드 삭제 – 목록에서 마지막 노드를 삭제합니다.
- 데이터가 주어진 노드 삭제 – 데이터가 주어지면 작업은 데이터를 연결 목록의 노드 데이터와 일치시키고 해당 노드를 삭제합니다.
순회
순회는 연결된 목록의 각 노드를 방문하는 기술입니다. 이중 연결 목록에는 이중 연결 목록에 서로 다른 방향을 가진 두 개의 포인터가 있으므로 두 가지 유형의 순회가 있습니다.
- 순회 순회 – 순회는 순방향에있는 다음 포인터를 사용하여 수행됩니다.
- 역방향 순회 – 순회는 역방향 인 이전 포인터를 사용하여 수행됩니다.
역전
이 작업은 이중 연결 목록의 노드를 반전하여 첫 번째 노드가 마지막 노드가되고 마지막 노드가 첫 번째 노드가되도록합니다.
검색
이중 연결 목록의 검색 작업은 연결 목록에서 특정 노드를 검색하는 데 사용됩니다. 이를 위해 일치하는 데이터를 찾을 때까지 목록을 순회해야합니다.
삽입
전면에 노드 삽입
목록의 맨 앞에 새 노드를 삽입하는 것은 위와 같습니다. 보시다시피 이전 새 노드 N은 null로 설정됩니다. 헤드는 새 노드를 가리 킵니다. N의 다음 포인터는 이제 N1을 가리키고 이전에 Null을 가리 키던 N1의 이전 포인터는 이제 N을 가리 킵니다.
끝에 노드 삽입
이중 연결 목록의 끝에 노드를 삽입하는 것은 새 노드 N의 다음 포인터를 null로 가리킴으로써 이루어집니다. N의 이전 포인터는 N5를 가리 킵니다. N5의‘다음’포인터는 N을 가리 킵니다.
주어진 노드 앞 / 뒤에 노드 삽입
위의 다이어그램에서 보듯이 특정 노드 앞뒤에 노드를 추가해야하는 경우에는 새 노드를 적절하게 가리 키도록 이전 및 이후 노드의 이전 및 다음 포인터를 변경합니다. 또한 새 노드 포인터는 기존 노드를 적절하게 가리 킵니다.
다음 C ++ 프로그램은 이중 연결 목록에 노드를 삽입하는 위의 모든 방법을 보여줍니다.
#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 산출:
이중 연결 목록은 다음과 같습니다.
NULL
위의 프로그램은 세 가지 삽입 방법을 사용하여 노드를 삽입하여 이중 연결 목록을 구성합니다. 즉, 맨 앞에 노드를 삽입하고 끝에 노드를 삽입하고 주어진 노드 뒤에 노드를 삽입합니다.
다음으로 Java 구현과 동일한 작업을 보여줍니다.
// 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); } } 산출:
생성 된 이중 연결 목록은 다음과 같습니다.
C ++ 소스 코드의 이중 연결 목록
1020304050null
삭제
노드는 앞, 끝 또는 다른 주어진 위치 또는 주어진 데이터와 같은 위치에서 이중 연결 목록에서 삭제할 수 있습니다.
이중 연결 목록에서 노드를 삭제할 때 먼저 특정 노드를 가리키는 포인터의 위치를 변경하여 이전 노드와 이후 노드가 삭제할 노드에 연결하지 않도록합니다. 그런 다음 노드를 쉽게 삭제할 수 있습니다.
3 개의 노드 A, B, C가있는 다음 이중 연결 목록을 고려하십시오. 노드 B를 삭제해야한다고 생각해 보겠습니다.
위의 다이어그램 시리즈에서 볼 수 있듯이 주어진 연결 목록에서 노드 B를 삭제하는 방법을 보여주었습니다. 작업 순서는 노드가 첫 번째이거나 마지막 인 경우에도 동일하게 유지됩니다. 주의해야 할 유일한주의 사항은 첫 번째 노드가 삭제 된 경우 두 번째 노드의 이전 포인터가 null로 설정된다는 것입니다.
마찬가지로 마지막 노드가 삭제되면 이전 노드의 다음 포인터가 null로 설정됩니다. 중간 노드가 삭제되면 위와 같은 순서가됩니다.
이중 연결 목록에서 노드를 삭제하기 위해 프로그램을 종료합니다. 구현은 삽입 구현의 줄에 있습니다.
이중 연결 목록 반전
이중 연결 목록을 되 돌리는 것은 중요한 작업입니다. 여기서는 모든 노드의 이전 및 다음 포인터를 간단히 교체하고 헤드 및 테일 포인터도 교체합니다.
다음은 이중 연결 목록입니다.
다음 C ++ 구현은 Reverse Doublely Linked List를 보여줍니다.
#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; } 산출:
원래 이중 연결 목록 :
12 34 5
이중 연결 목록 반전 :
5 4 3 2 1
여기서 우리는 왼쪽과 오른쪽 포인터를 바꾸고 서로 만나거나 교차 할 때까지 서로를 향해 움직입니다. 그런 다음 첫 번째 및 마지막 노드가 스왑됩니다.
다음 프로그램은 이중 연결 목록을 뒤집기위한 Java 구현입니다. 이 프로그램에서도 이전 프로그램에서했던 것처럼 왼쪽과 오른쪽 노드의 스와핑을 사용합니다.
// 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); } } 산출:
원래 이중 연결 목록 :
12 34 5
이중 연결 목록 반전 :
5 4 3 2 1
단일 연결 목록에 대한 장점 / 단점
단일 연결 목록에 비해 이중 연결 목록의 장점과 단점에 대해 설명하겠습니다.
장점 :
- 이중 연결 목록은 순방향으로 만 순회 할 수있는 단일 연결 목록과 달리 순방향 및 역방향으로 순회 할 수 있습니다.
- 이중 연결 목록의 삭제 작업은 주어진 노드가 주어 졌을 때 단일 목록에 비해 더 효율적입니다. 단일 연결 목록에서 주어진 노드를 삭제하려면 이전 노드가 필요하기 때문에 때때로 이전 노드를 찾기 위해 목록을 탐색해야합니다. 이것은 성능을 쳤다.
- 단일 연결 목록과 비교할 때 이중 연결 목록에서 삽입 작업을 쉽게 수행 할 수 있습니다.
단점 :
- 이중 연결 목록에는 하나 이상의 추가 포인터가 포함되어 있습니다. 즉, 이전과 같이 단일 연결 목록에 비해 이중 연결 목록이 차지하는 메모리 공간이 더 큽니다.
- 두 개의 포인터, 즉 이전과 다음이 존재하기 때문에 이중 연결 목록에서 수행되는 모든 작업은 이러한 포인터를 처리하고 유지해야하므로 성능 병목 현상이 발생합니다.
이중 연결 목록의 응용
이중 연결 목록은 아래에 설명 된대로 다양한 실제 시나리오 및 응용 프로그램에 적용될 수 있습니다.
- 게임에서 카드 덱은 이중 연결 목록의 전형적인 예입니다. 덱의 각 카드에는 이전 카드와 다음 카드가 순차적으로 배열되어 있으므로이 카드 덱은 이중 연결 목록을 사용하여 쉽게 표현할 수 있습니다.
- 브라우저 기록 / 캐시 – 브라우저 캐시에는 URL 모음이 있으며 앞으로 및 뒤로 버튼을 사용하여 탐색 할 수있는 것은 이중 연결 목록으로 표시 할 수있는 또 다른 좋은 예입니다.
- MRU (가장 최근 사용)도 이중 연결 목록으로 표시 할 수 있습니다.
- 스택, 해시 테이블, 이진 트리와 같은 다른 데이터 구조도 이중 연결 목록을 사용하여 구성하거나 프로그래밍 할 수 있습니다.
결론
이중 연결 목록은 단일 연결 목록의 변형입니다. 각 노드가 다음 포인터와 함께 이전 노드에 대한 추가 포인터를 포함한다는 점에서 단일 연결 목록과 다릅니다.
이러한 추가 포인터의 존재는 이중 연결 목록에서 삽입, 삭제 작업을 용이하게하지만 동시에 이러한 추가 포인터를 저장하기 위해 추가 메모리가 필요합니다.
이미 논의했듯이 이중 연결 목록은 브라우저 캐시, MRU 등과 같은 실시간 시나리오에서 다양한 용도로 사용됩니다. 또한 이중 연결 목록을 사용하여 트리, 해시 테이블 등과 같은 다른 데이터 구조를 나타낼 수도 있습니다.
다음 자습서에서는 순환 연결 목록에 대해 자세히 알아 봅니다.
=> 여기에서 인기있는 C ++ 교육 시리즈를 읽어보십시오.
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