.NET源码中的链表

.NET中自带的链表是LinkedList类，并且已经直接实现成了双向循环链表。

其节点类LinkedListNode的数据结构如下，数据项包括指示到某个链表的引用，以及左，右节点和值。

public sealed class LinkedListNode<T>
{
  internal LinkedList<T> list;
  internal LinkedListNode<T> next;
  internal LinkedListNode<T> prev;
  internal T item;
}

另外，获取前一个节点和后一个节点的实现如下：注意：里面的if-else结构的意义是当前一个（后一个）节点不为空且不是头节点时才不返回null，这样做的意义是当链表内只有1个节点时，其prev和next是指向自身的。

[__DynamicallyInvokable]
   public LinkedListNode<T> Next
   {
     [__DynamicallyInvokable] get
     {
       if (this.next != null && this.next != this.list.head)
         return this.next;
       else
         return (LinkedListNode<T>) null;
     }
   }

   [__DynamicallyInvokable]
   public LinkedListNode<T> Previous
   {
     [__DynamicallyInvokable] get
     {
       if (this.prev != null && this != this.list.head)
         return this.prev;
       else
         return (LinkedListNode<T>) null;
     }
   }

过有一个把链表置为无效的方法定义如下：

    internal void Invalidate()
    {
      this.list = (LinkedList<T>) null;
      this.next = (LinkedListNode<T>) null;
      this.prev = (LinkedListNode<T>) null;
    }

而LinkedList的定义如下：主要的两个数据是头节点head以及长度count。

public class LinkedList<T> : ICollection<T>, IEnumerable<T>, ICollection, IEnumerable, ISerializable, IDeserializationCallback
  {
    internal LinkedListNode<T> head;
    internal int count;
    internal int version;
    private object _syncRoot;
    private SerializationInfo siInfo;
    private const string VersionName = "Version";
    private const string CountName = "Count";
    private const string ValuesName = "Data";

而对此链表的主要操作，包括：

• 插入节点到最后，Add()，也是AddLast()。
• 在某个节点后插入，AddAfter(Node, T)。
• 在某个节点前插入，AddBefore(Node, T)。
• 插入到头节点之前，AddFirst(T)。
• 清除所有节点，Clear()。
• 是否包含某个值，Contains(T)，也就是Find()。
• 查找某个节点的引用，Find()和FindLast()。
• 复制到数组，CopyTo(Array)
• 删除某个节点，Remove(T)。

另外有几个内部方法，用来支撑复用插入和删除操作：

• 内部插入节点，InternalInsertNodeBefore()
• 内部插入节点到空链表，InternalInsertNodeToEmptyList()
• 内部删除节点，InternalRemoveNode()
• 验证新节点是否有效，ValidateNewNode()
• 验证节点是否有效，ValidateNode()

 

插入新节点到链表最后的代码如下：

public void AddLast(LinkedListNode<T> node)
{
  this.ValidateNewNode(node);
  if (this.head == null)
    this.InternalInsertNodeToEmptyList(node);
  else
    this.InternalInsertNodeBefore(this.head, node);
  node.list = this;
}

插入操作的第一步是验证节点是否有效，即节点不为null，且节点不属于其他链表。

internal void ValidateNewNode(LinkedListNode<T> node)
   {
     if (node == null)
       throw new ArgumentNullException("node");
     if (node.list != null)
       throw new InvalidOperationException(SR.GetString("LinkedListNodeIsAttached"));
   }

如果头节点为空，则执行插入到空链表的操作：将节点的next和prev都指向为自己，并作为头节点。

private void InternalInsertNodeToEmptyList(LinkedListNode<T> newNode)
   {
     newNode.next = newNode;
     newNode.prev = newNode;
     this.head = newNode;
     ++this.version;
     ++this.count;
   }

如果头节点不为空，则执行插入到头节点之前（注：因为是双向链表，所以插到头节点之前就相当于插到链表的最后了），具体的指针指向操作如下：

private void InternalInsertNodeBefore(LinkedListNode<T> node, LinkedListNode<T> newNode)
{
  newNode.next = node;
  newNode.prev = node.prev;
  node.prev.next = newNode;
  node.prev = newNode;
  ++this.version;
  ++this.count;
}

而插入新节点到指定节点之后的操作如下：同样还是调用的内部函数，把新节点插入到指定节点的下一个节点的之前。有点绕，但确实让这个内部函数起到多个作用了。

    public void AddAfter(LinkedListNode<T> node, LinkedListNode<T> newNode)
    {
      this.ValidateNode(node);
      this.ValidateNewNode(newNode);
      this.InternalInsertNodeBefore(node.next, newNode);
      newNode.list = this;
    }

而插入新节点到指定节点之前的操作如下：直接调用插入新节点的内部函数，另外还要判断指定的节点是否是头节点，如果是的话，要把头节点变成新的节点。

public void AddBefore(LinkedListNode<T> node, LinkedListNode<T> newNode)
    {
      this.ValidateNode(node);
      this.ValidateNewNode(newNode);
      this.InternalInsertNodeBefore(node, newNode);
      newNode.list = this;
      if (node != this.head)
        return;
      this.head = newNode;
    }

把新链表插入到第一个节点（也就是变成头节点）的操作如下：如果链表为空就直接变成头节点，否则就插入到头节点之前，取代头节点。

public void AddFirst(LinkedListNode<T> node)
    {
      this.ValidateNewNode(node);
      if (this.head == null)
      {
        this.InternalInsertNodeToEmptyList(node);
      }
      else
      {
        this.InternalInsertNodeBefore(this.head, node);
        this.head = node;
      }
      node.list = this;
    }

查找链表中某个值的操作如下：注意直接返回null的条件是头节点为空。然后就是遍历了，因为是双向链表，所以要避免死循环（遍历到头节点时跳出）。

public LinkedListNode<T> Find(T value)
    {
      LinkedListNode<T> linkedListNode = this.head;
      EqualityComparer<T> @default = EqualityComparer<T>.Default;
      if (linkedListNode != null)
      {
        if ((object) value != null)
        {
          while (!@default.Equals(linkedListNode.item, value))
          {
            linkedListNode = linkedListNode.next;
            if (linkedListNode == this.head)
              goto label_8;
          }
          return linkedListNode;
        }
        else
        {
          while ((object) linkedListNode.item != null)
          {
            linkedListNode = linkedListNode.next;
            if (linkedListNode == this.head)
              goto label_8;
          }
          return linkedListNode;
        }
      }
label_8:
      return (LinkedListNode<T>) null;
    }

删除某个节点的操作如下：

public void Remove(LinkedListNode<T> node)
{
  this.ValidateNode(node);
  this.InternalRemoveNode(node);
}

同样，内部删除节点的实现如下：如果节点指向自己，说明是头节点，所以直接把头节点置null。然后就是指针的指向操作了。

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

而清空链表的操作如下：遍历链表，逐个设置为无效，最后将内部的头节点也置为null。

public void Clear()
{
  LinkedListNode<T> linkedListNode1 = this.head;
  while (linkedListNode1 != null)
  {
    LinkedListNode<T> linkedListNode2 = linkedListNode1;
    linkedListNode1 = linkedListNode1.Next;
    linkedListNode2.Invalidate();
  }
  this.head = (LinkedListNode<T>) null;
  this.count = 0;
  ++this.version;
}

 

链表转数组的实现如下：首先判断入参的有效性，然后从头节点开始遍历，依次复制到数组中，直到头结点（尽头）。

public void CopyTo(T[] array, int index)
   {
     if (array == null)
       throw new ArgumentNullException("array");
     if (index < 0 || index > array.Length)
     {
       throw new ArgumentOutOfRangeException("index", SR.GetString("IndexOutOfRange", new object[1]
       {
         (object) index
       }));
     }
     else
     {
       if (array.Length - index < this.Count)
         throw new ArgumentException(SR.GetString("Arg_InsufficientSpace"));
       LinkedListNode<T> linkedListNode = this.head;
       if (linkedListNode == null)
         return;
       do
       {
         array[index++] = linkedListNode.item;
         linkedListNode = linkedListNode.next;
       }
       while (linkedListNode != this.head);
     }
   }

以上。