C++数据结构之：链List

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。

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：

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;
}

对应STL：

• list：

  双向循环链表。使用起来很高效，对于任意位置的插入和删除都很快，在操作过后，以后指针、迭代器、引用都不会失效。

• forward_list：

  单向链表。只支持单向访问，在链表的任何位置进行插入/删除操作都非常快

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C/C++专栏：https://blog.csdn.net/weixin_45068267/category_12268204.html
(包含其它数据结构即对应的STL容器使用)