单链表的定义(数据结构与算法)

news2025/4/16 22:04:30

单链表的定义

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单链表是一种常见的数据结构，用于存储元素的序列。它由一系列节点组成，每个节点包含一个数据元素和一个指向下一个节点的引用（指针）。单链表中的节点之间通过指针连接起来，形成一个线性结构。单链表是一种简单但灵活的数据结构，常用于实现队列、堆栈和图等其他高级数据结构。

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单链表的特点是每个节点只有一个指针，指向下一个节点，而最后一个节点的指针指向空(null)。这意味着可以从链表的头节点开始，逐个访问每个节点，直到到达链表的末尾。

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一个单链表包含一个头节点和一些后续的节点。头节点是链表的起点，它不存储任何实际的数据，只是用来标识链表的开始。头节点的指针指向链表中的第一个实际节点，而每个节点的指针则指向下一个节点。

通过这种指针链接，可以在链表中插入、删除和查找元素。插入元素时，只需要修改相应节点的指针，将新的节点插入到链表中的合适位置。删除元素时，需要修改前一个节点的指针，使其指向删除节点的下一个节点，然后将删除节点的内存空间释放。查找元素时，可以从头节点开始沿着指针依次访问链表，直到找到目标元素或到达链表的末尾。

单链表在某些场景下的操作效率较高，例如插入和删除操作，因为只需要修改指针而不需移动大量元素。然而，单链表的缺点是访问特定位置的元素较慢，需要从头节点开始遍历整个链表。此外，单链表不支持直接反向遍历，因为只有每个节点的下一个节点的指针，没有指向前一个节点的指针。

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不带头结点的单链表

带头结点的单链表

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以下是一个完整的单链表的C++代码示例：

#include <iostream>

// 定义链表节点结构体
struct Node {
    int data;       // 存储节点的数据
    Node* next;     // 指向下一个节点的指针
};

// 定义链表类
class LinkedList {
private:
    Node* head;     // 头节点指针

public:
    // 构造函数，初始化链表为空
    LinkedList() : head(nullptr) {}

    // 在链表末尾插入新节点
    void insert(int value) {
        // 创建新节点
        Node* newNode = new Node;
        newNode->data = value;
        newNode->next = nullptr;
        
        // 如果链表为空，将新节点作为头节点
        if (head == nullptr) {
            head = newNode;
        } else {
            // 找到链表末尾的节点
            Node* current = head;
            while (current->next != nullptr) {
                current = current->next;
            }
            // 将新节点插入到末尾
            current->next = newNode;
        }
    }

    // 在指定位置插入新节点
    void insertAt(int value, int position) {
        // 创建新节点
        Node* newNode = new Node;
        newNode->data = value;
        newNode->next = nullptr;

        // 如果插入位置是头部
        if (position == 0) {
            newNode->next = head;
            head = newNode;
        } 
        // 如果插入位置不是头部
        else {
            int count = 0;
            Node* current = head;
            Node* prev = nullptr;

            // 找到插入位置的节点
            while (current != nullptr && count < position) {
                prev = current;
                current = current->next;
                count++;
            }

            // 在插入位置插入新节点
            prev->next = newNode;
            newNode->next = current;
        }
    }

    // 删除指定节点
    void remove(int value) {
        // 如果链表为空，直接返回
        if (head == nullptr) {
            return;
        }

        // 如果要删除的节点是头节点
        if (head->data == value) {
            Node* temp = head;
            head = head->next;
            delete temp;
            return;
        }

        // 查找要删除节点的前驱节点
        Node* current = head;
        Node* prev = nullptr;

        while (current != nullptr && current->data != value) {
            prev = current;
            current = current->next;
        }

        // 如果找到要删除的节点
        if (current != nullptr) {
            prev->next = current->next;
            delete current;
        }
    }

    // 遍历链表并打印节点数据
    void printList() {
        Node* current = head;
        while (current != nullptr) {
            std::cout << current->data << " ";
            current = current->next;
        }
        std::cout << std::endl;
    }
};

int main() {
    // 创建链表对象
    LinkedList list;

    // 在链表末尾插入节点
    list.insert(1);
    list.insert(2);
    list.insert(3);

    // 打印链表
    std::cout << "链表: ";
    list.printList();

    // 在指定位置插入节点
    list.insertAt(4, 2);

    // 打印链表
    std::cout << "链表: ";
    list.printList();

    // 删除节点
    list.remove(2);

    // 打印链表
    std::cout << "链表: ";
    list.printList();

    return 0;
}