数据结构——链表——模板类实现双向链表——先完成再完美—

数据结构——链表——模板类实现双向链表——先完成再完美——持续更

news2024/11/17 13:26:06

链表：概念，实现，《数据结构》这里实现是基于模板的

C++语言基础，指针，引用。模板。《C++Primer》有些进阶用法放在语言学习的目录

LeetCode应用，会更新在LeetCode150，目前这个系列先暂停，数据结构更新一期，再更对应的题目解题。

新手村入门，可以根据下面实现的过程中，忘记的知识点，再回头看。

新手村入门

链表概念

列表：逻辑上有序，物理上无序（动态存储策略）【与向量一样，列表也是由具有线性逻辑次序的一组元素的集合。链表结构一般化推广】

好处：降低动态操作成本（插入，删除）O(1)

劣势：静态操作（查找，需要扫描一遍列表元素）O(n)

$L = \left \{ a_{0}, a_{1},..., a_{n-1} \right \}$

元素称为节点；

模板函数的创建与模板类的创建

C++中的模板是一种允许我们为类或者函数定义一种通用模式的机制，这种通用模式可以用于创建多种数据类型的类或函数实例，而无需为每个类型都编写单独的代码。模板有两种主要类型：函数模板和类模板。

函数模板入门

函数模板允许我们定义一个通用的函数，该函数可以接受多种数据类型的参数。模板参数列表在函数定义之前用尖括号<>括起来，并紧跟在template关键字之后。

下面是一个简单的函数模板示例，它用于交换两个值的位置：

template <typename T> // 模板参数列表，typename T 是一个类型模板参数  
void swap(T& a, T& b) {  
    T temp = a;  
    a = b;  
    b = temp;  
}

在这个例子中，T是一个类型模板参数，它在编译时会被实际类型（如int、double、std::string等）替换。

类模板

类模板允许我们定义一个通用的类，该类可以用于多种数据类型。与函数模板类似，类模板的模板参数列表也位于类声明之前，并紧跟在template关键字之后。

下面是一个简单的类模板示例，它用于创建一个动态数组：

template <typename T> // 模板参数列表  
class Array {  
private:  
    T* data;  
    size_t size;  
  
public:  
    Array(size_t s) : size(s), data(new T[s]) {}  
    ~Array() { delete[] data; }  
  
    T& operator[](size_t index) {  
        return data[index];  
    }  
  
    // 其他成员函数...  
};

在这个例子中，T是一个类型模板参数，它决定了数组data中元素的类型。

模板参数列表

模板参数列表可以包含多个类型模板参数，也可以包含非类型模板参数（如整数常量或指针）。类型模板参数用typename或class关键字声明（两者在模板参数声明中是等价的），而非类型模板参数可以是整数、指针或其他非类型值。

下面是一个包含多个类型模板参数的类模板示例：

template <typename Key, typename Value> // 包含两个类型模板参数  
class Map {  
    // ... 类的实现，可能包含以Key和Value为类型的成员 ...  
};

下面是一个包含非类型模板参数的函数模板示例：

template <typename T, size_t N> // 包含一个类型模板参数和一个非类型模板参数  
void printArray(const T (&array)[N]) {  
    for (size_t i = 0; i < N; ++i) {  
        std::cout << array[i] << ' ';  
    }  
    std::cout << std::endl;  
}

在这个例子中，T是一个类型模板参数，而N是一个非类型模板参数（一个size_t类型的常量）。

OOP封装

在面向对象编程（OOP）中，封装（Encapsulation）是一个核心概念，它指的是将对象的属性和方法（或称为成员变量和成员函数）隐藏在对象内部，只通过公共接口（通常是公有方法）与外部世界进行交互。封装有助于隐藏对象的内部细节，防止外部代码直接访问或修改对象的内部状态，从而确保对象的完整性和安全性。

未封装处理通常指的是在编程中没有使用封装的概念，对象的属性和方法都是公开的，可以直接被外部代码访问和修改。这种编程方式可能会导致代码的可读性、可维护性和安全性降低。

下面是一个简单的例子来说明封装处理和未封装处理的区别：

未封装处理（不推荐）

class Person {  
public:  
    int age; // 年龄是公开的  
  
    // 没有提供任何方法来修改年龄  
};  
  
int main() {  
    Person p;  
    p.age = -5; // 外部代码可以直接修改年龄，甚至设置为一个不合理的值  
    return 0;  
}

在这个例子中，Person 类的 age 属性是公开的，任何外部代码都可以直接访问和修改它。这可能导致问题，因为年龄不应该是一个负数。

封装处理（推荐）

class Person {  
private: // 使用私有访问修饰符来隐藏属性  
    int age;  
  
public:  
    // 提供公有方法来设置年龄  
    void setAge(int newAge) {  
        if (newAge >= 0) { // 添加一个检查来确保年龄是非负的  
            age = newAge;  
        } else {  
            std::cerr << "Age cannot be negative!" << std::endl;  
        }  
    }  
  
    // 提供公有方法来获取年龄  
    int getAge() const {  
        return age;  
    }  
};  
  
int main() {  
    Person p;  
    p.setAge(-5); // 尝试设置一个不合理的年龄  
    // 输出：Age cannot be negative!  
    // 由于设置了检查，年龄没有被修改为-5  
    std::cout << "Person's age: " << p.getAge() << std::endl; // 输出：Person's age: 0（或之前的值，如果之前有设置过）  
    return 0;  
}

在这个封装处理的例子中，Person 类的 age 属性是私有的，外部代码不能直接访问或修改它。相反，我们提供了两个公有方法 setAge 和 getAge 来分别设置和获取年龄。在 setAge 方法中，我们添加了一个检查来确保年龄是非负的。这样，即使外部代码尝试设置一个不合理的年龄，它也会被拒绝，从而确保了对象的完整性和安全性。