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【C#知识点详解】LinkedList＜T＞储存结构详解

news 来源：原创 2025/5/8 3:04:35

今天来介绍一下LinkedList<T>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<T>? 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<T>
{
	// 存储的数据对象
	internal T item;	
	//下一个LinkedListNode节点
    internal LinkedListNode<T>? next;	
	//上一个LinkedListNode节点
    internal LinkedListNode<T>? 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<T>? next：指向下一个LinkedListNode的节点，没有则为null。
LinkedListNode<T>? prev：指向上一个LinkedListNode的节点，没有则为null。

LinkedListNode<T>? 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<T> node, T value)：在指定节点前面添加数据。
AddBefore(LinkedListNode<T> 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<T> AddLast(T value)
{
    LinkedListNode<T> result = new LinkedListNode<T>(this, value);
    if (head == null)
    {
        InternalInsertNodeToEmptyList(result);
    }
    else
    {
        InternalInsertNodeBefore(head, result);
    }
    return result;
}

private void InternalInsertNodeBefore(LinkedListNode<T> node, LinkedListNode<T> 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<T> 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<T>? node = Find(value);
    if (node != null)
    {
        InternalRemoveNode(node);
        return true;
    }
    return false;
}

internal void InternalRemoveNode(LinkedListNode<T> 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<T> 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<string> list = new LinkedList<string>();
// 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<string> node = list.First; node != null; node = node.Next)
{
    Console.WriteLine(node.Value);
}

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