C++数据结构X篇_04_单向链表框架搭建、实现和测试(链表的定义，常用操作的实现等)

news2024/9/27 19:26:31

接上篇C++数据结构X篇_03_线性表的顺序存储和动态数组案例（基本概念；操作要点；顺序存储算法；动态数组案例实现），本篇将会开始介绍线性表的链式存储。
参考博文：最详细的C++单向链表实现，文中采用C++的class去实现单向链表，这与本文采用struct的形式是类似的，本文为了与学习视频一致，仍采用struct的形式介绍单向链表。

单向链表框架搭建、实现和测试

  • 1 基本概念
    • 1.1 链式存储定义
    • 1.2 单向链表
      • 1.2.1单向链表概念
      • 1.2.2 链表插入
      • 1.2.3 链表删除
  • 2 代码实现
    • 2.1 单向链表框架搭建（.h文件）
    • 2.2 单向链表框架实现（.cpp文件）
    • 2.3 单向链表测试（客户测试）

1 基本概念

1.1 链式存储定义

为了表示每个数据元素与其直接后继元素之间的逻辑关系，每个元素除了存储本身的信息外，还需要存储指示其直接后继的信息。
在这里插入图片描述

1.2 单向链表

链表是数据结构中常见的一种数据存储形式，其在物理存储单元上是非连续的存储结构，即其数据存储的空间并非连续的内存空间。这种存储方式的优点是可以动态分配内存空间，不会造成内存的浪费和溢出，同时链表对于执行插入、删除等操作十分简便，不需要移动大量元素，但是其相对于连续空间存储的数据相比，遍历速度较慢。

1.2.1单向链表概念

在这里插入图片描述
链表由多个node(节点)组成，每个节点中由数据域与指针域组成，数据域data中存储需要存储的数据，指针域next为一个指针，其指向下一个node的地址。
当多个node前后链接在一起时就形成了lis(链表)：
在这里插入图片描述
list中每个node通过指针next前后相联系，但要注意list中最后一个node由于没有后续的node,因此其next指正是指向NULL的。

1.2.2 链表插入

在这里插入图片描述
对于一个链表list若想把Node n插入Node 0与Node 1之间，只需要将Node 0的next指针指向Node n的地址，再把Node n的next指针指向Node 1的地址即可。

1.2.3 链表删除

在这里插入图片描述
若想删除节点Node 2，只需要将其前一节点Node 1的next指针指向其后一节点Node 3的地址，再将Node 2的内存空间delete掉即可。

2 代码实现

以下是在VS IDE中已经有一个项目的情况下如何增加一个新的项目“ListTest2”
在这里插入图片描述
与上篇一致，此部分将会按照搭建，实现，测试进行介绍

2.1 单向链表框架搭建（.h文件）

#pragma once
#ifndef LINKLIST_H
#define LINKLIST_H

//list是由节点组成，先定义一个链表节点
typedef struct LINKNODE
{
	void* data;  //无类型指针，指向任何类型数据
	struct LINKNODE* next;
}LinkNode;

//链表结构体
typedef struct LINKLIST 
{
	LinkNode* head;
	//无需容量，链表是来一个节点就申请一个内存，据需申请内存
	int size;
}LinkList;

//打印回调函数指针，返回是void
typedef void(*PRINTLINKNODE)(void*);

//初始化链表
LinkList* Init_LinkList();
//指定位置插入
void Insert_LinkList(LinkList* list,int pos,void* data);
//删除指定位置的值
void RemoveByPos_LinkList(LinkList* list,int pos);
//获得链表的长度
int Size_LinkList(LinkList* list);
//查找
int Find_LinkList(LinkList* list,void* data);
//打印链表节点
//用户可能传入任何数据类型，但是传进后都会转成void*
//我们无法知道用户传入的是什么类型,不确定的时候让用户去做
//给函数，遍历的时候将void*数据类型传给函数，让用户打印
void Print_LinkList(LinkList* list, PRINTLINKNODE print);
//返回第一个节点
void* Front_LinkList(LinkList* list);
//释放链表内存
void FreeSpace_LinkList(LinkList* list);

#endif

2.2 单向链表框架实现（.cpp文件）

#include "LinkList.h"
#include<iostream>
#pragma once

//初始化链表
LinkList * Init_LinkList()
{
	LinkList * list = (LinkList*)malloc(sizeof(LinkList));
	list->size = 0;
	//头结点 不保存数据信息 为了实现链表下少考虑几种情况
	//比如在插入时少考虑是否插入头部
	list->head = (LinkNode *)malloc(sizeof(LinkNode));
	list->head->data = NULL;
	list->head->next = NULL;

	return list;
}
//指定位置插入
void Insert_LinkList(LinkList * list, int pos, void * data)
{
	if (list==NULL)
	{
		return;
	}
	if (data == NULL)
	{
		return;
	}
	//友好的处理，pos越界，默认插入到尾部
	if (pos< 0 || pos>list->size)
	{
		pos = list->size;
	}

	//创建新的节点
	LinkNode* newnode = (LinkNode*)malloc(sizeof(LinkNode));
	newnode->data = data;
	newnode->next = NULL;

	//找节点
	//辅助指针变量
	LinkNode* pCurrent = list->head;
	for (int i=0;i<pos;i++)
	{
		pCurrent = pCurrent->next;
	}

	//新节点入链表
	newnode->next = pCurrent->next; //pCurrent->next表示pos-1位置的下一个地址，也就是pos位置地址
	pCurrent->next = newnode;

	list->size++;

}
//删除指定位置的值
void RemoveByPos_LinkList(LinkList * list, int pos)
{
	if (list == NULL)
	{
		return;
	}

	if (pos< 0 || pos>= list->size)
	{
		return;
	}

	//查找删除节点的前一个节点
	LinkNode* pCurrent = list->head;
	for (int i = 0; i < pos; i++)
	{
		pCurrent = pCurrent->next;
	}

	//缓存删除的节点
	LinkNode* pDel = pCurrent->next;
	pCurrent->next = pDel->next;

	//释放删除节点的内存
	free(pDel);

	list->size--;
}
//获得链表的长度
int Size_LinkList(LinkList * list)
{
	return list->size;
}
//查找
int Find_LinkList(LinkList * list, void * data)
{
	if (list == NULL)
	{
		return 0;
	}
	if (data == NULL)
	{
		return 0;
	}
	//遍历查找 head不保存有效数据 list->head->next指向第一个有效数据
	LinkNode* pCurrent = list->head->next;
	int i = 0;
	while (pCurrent!=NULL)
	{
		if (pCurrent->data == data)
		{
			break;
		}
		i++;
		pCurrent = pCurrent->next;
	}

	return i;
}
//打印链表节点
void Print_LinkList(LinkList * list, PRINTLINKNODE print)
{
	if (list == NULL)
	{
		return;
	}

	//辅助指针变量
	LinkNode* pCurrent = list->head->next;
	while (pCurrent != NULL)
	{
		print(pCurrent->data);
		pCurrent = pCurrent->next;
	}

}
//返回第一个节点
void * Front_LinkList(LinkList * list)
{
	return list->head->next->data;
}
//释放链表内存
void FreeSpace_LinkList(LinkList * list)
{
	if (list == NULL)
	{
		return;
	}

	//每一个节点都需要手动释放
	//辅助指针变量
	LinkNode* pCurrent = list->head;
	//不能找到一个节点就进行释放，需要先缓存下一个节点，然后删除当前节点
		while (pCurrent != NULL)
		{
         //缓存下一个节点
			LinkNode* pNext = pCurrent->next;

			free(pCurrent);

			pCurrent = pNext;
		}

		//释放链表内存
		list->size = 0;
		free(list);
}

2.3 单向链表测试（客户测试）



#include <iostream>
#include "LinkList.h"

//自定义数据类型
typedef struct PERSON {
	char name[64];
	int age;
	int score;
} Person;

//打印函数
void MyPrint(void* data) {
	Person* p = (Person*)data;
	printf("Name:%s Age:%d Score:%d\n",p->name,p->age,p->score);
}

int main()
{
    //创建链表
	LinkList* list = Init_LinkList();

	//创建数据
	Person p1 = {"aaa",18,100};
	Person p2 = { "bbb",19,99 };
	Person p3 = { "ccc",20,101 };
	Person p4 = { "ddd",17,97 };
	Person p5 = { "eee",16,59 };

	//数据插入链表
	Insert_LinkList(list,0,&p1);
	Insert_LinkList(list, 0, &p2);
	Insert_LinkList(list, 0, &p3);
	Insert_LinkList(list, 0, &p4);
	Insert_LinkList(list, 0, &p5);

	//打印 打印顺序为p5 p4 p3...
	Print_LinkList(list,MyPrint);

	//删除3 也就是从p5往前从0数到3，即为p2
	RemoveByPos_LinkList(list, 3);

	//增加分隔符之后进行打印
	printf("---------------------\n");
	Print_LinkList(list, MyPrint);

	//返回第一个节点
	printf("---------查找结果------------\n");
	 Person* ret= (Person*)Front_LinkList(list);
	 printf("Name:%s Age:%d Score:%d\n", ret->name, ret->age, ret->score);

	//销毁链表
	FreeSpace_LinkList(list);

}

测试结果：
在这里插入图片描述

  1. 参考视频地址：单向链表框架搭建单向链表框架实现，单向链表测试

  2. 上述源代码见：博文C++数据结构X篇-04-单向链表框架搭建、实现和测试(链表的定义，常用操作的实现等)的配套资源

  3. 最详细的C++单向链表实现的代码如下：


#include <iostream>
using namespace std;

class node 
{
public:
	int data; //存储数据
	node* next; //指向下一个node的地址
};

class list 
{
public:
	node* head; //指向链表首位node
	int size;   //链表中的node的个数
};

//链表初始化
list* list_init()
{
	list* L = new list; //创建一个链表L
	L->size = 0; //初始node个数设置为0
	L->head = new node; //创建链表中的第一个node
	L->head->data = NULL; //将第一个node中存储的data设为空
	L->head->next = NULL; //将第一个node中存储的next指针设为空
	return L;
}

//链表的数据插入
void list_insert(list* L,int pos,int data)
{
	//如果数据为空，则从头插入
	if (L == NULL)
	{
		pos = 0;
	}

	//创建新节点并把数据放入
	node* new_node = new node;
	new_node->data = data;
	new_node->next = NULL;

	//寻找pos-1号的位置
	node* pos_node = L->head; //0号node
	for (int i = 0; i < pos; i++)
	{
		//将下一个node的地址赋给pos_node地址，相当于地址在不断向后移动
		pos_node = pos_node->next; //获得pos-1号node(pos_node)
	}

	//新节点入链表
	new_node->next = pos_node->next; //将new_node的next指向第pos号的node地址
	pos_node->next = new_node; //pos-1的node指向new_node

	L->size++;

}

//链表的数据删除
void list_remove_pos(list* L,int pos)
{
	//判断链表是否为空
	if (L == NULL)
	{
		return;
	}
	
	//找到需要删除的前一个节点
	node* pos_node = L->head;
	for (int i = 0; i < pos; i++)
	{
		pos_node = pos_node->next;
	}

	//删除pos的节点
	pos_node->next = pos_node->next->next;
	L->size--;
}

//打印链表
void list_print(list* L)
{
	if (L == NULL)
	{
		cout << "链表中没有数据" << endl;
	}

	//遍历打印
	node* pcurrent = L->head->next;
	while(pcurrent !=NULL)
	{
		cout << pcurrent->data << endl;
		pcurrent = pcurrent->next;
	}
	cout << endl;
}
int main()
{
    //创建链表
	list* L = list_init();
	//插入数据
	for (int i=0;i<10;i++)
	{
		list_insert(L, i, i);
	}
	cout << "插入0-9的链表为：" << endl;
	list_print(L);

	//删除指定位置
	list_remove_pos(L, 5);
	cout << "删除第5号node后的地址为：" << endl;
	list_print(L);
	system("pause");
	return 0;
}

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