C++数据结构之：链List

news2024/11/15 12:06:40

摘要：

it人员无论是使用哪种高级语言开发东东，想要更高效有层次的开发程序的话都躲不开三件套：数据结构，算法和设计模式。数据结构是相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合，即带“结构”的数据元素的集合，“结构”就是指数据元素之间存在的关系，分为逻辑结构和存储结构。

此系列专注讲解数据结构数组、链表、队列、栈、树、哈希表、图，通过介绍概念以及提及一些可能适用的场景，并以C++代码简易实现，多方面认识数据结构，最后为避免重复造轮子会浅提对应的STL容器。本文介绍的是链List。

（开发环境：VScode，C++17）

关键词： C++，数据结构，链表，List

声明：本文作者原创，转载请附上文章出处与本文链接。

文章目录

- - 摘要：
  - 正文：
  - - 介绍：
    - - 特性：
      - 应用：
    - 代码实现：
    - 对应STL：
  - 推荐阅读

正文：

介绍：

链表（Linked List）是一种常见的数据结构，它通过一系列的节点（Node）来存储数据，每个节点包含两个部分：一个是数据域（Data Field），用于存储数据；另一个是链接域（Link Field），用于存储指向下一个节点的引用（在单链表中）或前一个节点和下一个节点的引用（在双向链表中）。链表数据一般都是分散存储于内存中的，无须存储在连续空间内。

双向链表：

在这里插入图片描述

特性：

动态性：链表不需要在内存中预先分配固定大小的空间，可以根据需要动态地创建和删除节点。这使得链表在处理不确定大小的数据集合时非常灵活。
多种类型：链表有多种类型，包括单向链表、双向链表、循环链表等。每种类型的链表都有其特定的应用场景和优缺点。
插入和删除效率高：在链表中插入或删除一个节点时，只需要修改相关节点的指针（或引用）即可，而不需要移动大量数据。
非连续性：链表中的节点在内存中不一定是连续存储的。每个节点都包含一个指向下一个节点的指针（或引用），这些指针（或引用）将节点连接在一起。

应用：

实现堆栈（Stack）和队列（Queue）等抽象数据类型。
在数据库中实现邻接列表来表示图（Graph）。
在浏览器中表示历史记录或书签。
在操作系统中表示进程列表或文件列表。
在许多算法中，如归并排序（Merge Sort）和快速排序（Quick Sort）的链表实现等。

代码实现：

#clist.h
#ifndef CLIST_H
#define CLIST_H
#include <iostream>
#include <cstdlib>

using namespace std;
// 链表结点
template <class T>
class DNode
{
public:
    DNode<T> *next;
    DNode<T> *prev;
    T data;
};

// 双向列表类
template <class T>
class CList
{
public:
    CList();                     // 默认构造函数
    CList(const CList& ln);      // 拷贝构造函数
    ~CList();                    // 析构函数

    void add(T e);               // 向链表添加数据
    void remove(T index);        // 移除某个结点
    T find(int index);           // 查找结点
    bool empty();                // 判断是否为空

    int size();                  // 链表长度
    void print();                // 显示链表
    void print_reverse();        // 链表反向显示

    void clear();                // 删除全部结点
private:
    DNode<T> *head;
    DNode<T> *tail;
    int length;
};

// 默认构造函数
template <typename T>
CList<T>::CList()
{
    head = new DNode<T>;
    tail = new DNode<T>;
    head->next = tail;
    head->prev = nullptr;
    tail->next = nullptr;
    tail->prev = head;
    length = 0;
}

// 拷贝构造函数
template <typename T>
CList<T>::CList(const CList &ln)
{
    head = new DNode<T>;
    head->prev = nullptr;
    tail = new DNode<T>;
    head->next = tail;
    tail->prev = head;
    length = 0;
    DNode<T>* temp = ln.head;

    while (temp->next != ln.tail){
        temp = temp->next;
        tail->data = temp->data;
        DNode<T> *p = new DNode<T>;
        p->prev = tail;
        tail->next = p;
        tail = p;
        length++;
    }
    tail->next = nullptr;
}

// 析构函数
template <typename T>
CList<T>::~CList()
{
    if (length == 0){
        delete head;
        delete tail;
        head = nullptr;
        tail = nullptr;
        return;
    }
    while (head->next != nullptr){
        DNode<T> *temp = head;
        head = head->next;
        delete temp;
    }
    delete head;
    head = nullptr;
}

// 向链表添加数据
template <typename T>
void CList<T>::add(T e)
{
    DNode<T>* temp = this->tail;
    tail->data = e;
    tail->next = new DNode<T>;
    DNode<T> *p = tail;
    tail = tail->next;
    tail->prev = p;
    tail->next = nullptr;
    length++;
}

// 查找结点
template <typename T>
T CList<T>::find(int index)
{
    if (length == 0){
        cout << "CList is empty";
        return -1;
    }
    if (index >= length){
        cout << "Out of bounds";
        return -1;
    }
    int x = 0;
    DNode<T> *p;
    p = head->next;
    while (p->next != nullptr && x++ != index){
        p = p->next;
    }

    return p->data;
}

// 删除结点
template <typename T>
void CList<T>::remove(T index)
{
    if (length == 0){
        cout << "CList is empty";
        return;
    }
    DNode<T> *p = head;
    while (p->next != nullptr){
        p = p->next;
        if (p->data == index){
            DNode<T> *temp = p->prev;
            temp->next = p->next;
            p->next->prev = temp;
            delete p;
            length--;
            return;
        }
    }
}

// 删除所有结点
template <typename T>
void CList<T>::clear()
{
    if (length == 0){
        return;
    }
    DNode<T> *p = head->next;
    while (p != tail){
        DNode<T>* temp = p;
        p = p->next;
        delete temp;
    }
    head->next = tail;
    tail->prev = head;
    length = 0;
}

// 判断是否为空
template <typename T>
bool CList<T>::empty()
{
    if (length == 0){
        return true;
    }
    else {
        return false;
    }
}

// 链表长度
template <typename T>
int CList<T>::size()
{
    return length;
}

// 输出链表
template <typename T>
void CList<T>::print()
{
    if (length == 0){
        cout << "CList is empty" << endl;
        return;
    }
    DNode<T> *p = head->next;
    while (p != tail){
        cout << p->data << " ";
        p = p->next;
    }
    cout << endl;
}

// 反向输出链表
template <typename T>
void CList<T>::print_reverse()
{
    if (length == 0)return;
    DNode<T> *p = tail->prev;
    while (p != head){
        cout << p->data << " ";
        p = p->prev;
    }
    cout << endl;
}

#endif // !CLIST_H

#clist.cpp
#include "clist.h"
#include <iostream>
using namespace std;

int main(int argc, char**argv)
{
    CList<int> list;
    list.add(6);
    list.add(443);
    list.add(767);
    list.add(56);

    CList<int> list2(list);
    list2.print_reverse();
    list2.print();
    cout << "list2.size(): " << list2.size() << endl;
    cout << "list2.find(2): " << list2.find(2) << endl;
    list2.remove(443);
    list2.print();

    return 0;
}