P1【知识点】【数据结构】【链表LinkedList】C++版

链表是一种逻辑上连续，内存上分散的线性表数据结构，是用一组任意的空间（可以连续，也可以不连续）来存放数据元素。每个数据元素成为一个”结点“，每个结点由数据域和指针域组成。

访问元素（Access）O(N)
搜索元素（Search）O(N)
插入元素（Insert）O(1)
删除元素（Delete）O(1)

特点：写的快读的慢（应用于写多读少）

最基本的链表如图所示：

以下参考：数据结构：链表及其C++实现 - 菜鸡刘 - 博客园 (cnblogs.com)

插入操作：

假如需要在C结点后面插入F结点，只需要使C结点的指针指向F，F结点的指针指向结点D即可，如图所示

需要注意的是，在具体实现的时候，需要先暂存C结点的指针，先将其赋值给F结点指针，然后再将F结点的地址赋值给C结点的指针，否则会丢失D结点的地址，链表就会在此处断开。

删除操作：

假如需要删除D结点，则直接让C结点的指针指向E结点即可，如图所示

具体代码实现：

本文利用C++面向对象的特性与模板实现了一个链表类，并实现了插入、删除、查找、拷贝构造、拷贝赋值等基本操作。

结点类实现：

// 链表节点类
template<typename T>
class node
{
public:node() : next(nullptr){} // 这是构造函数node(T val) : data(val), next(nullptr) {} // 这是有参构造
private:T data;node* next;friend class list<T>; //同时在node类中将链表类list声明为友元，便于访问node的成员。
};

链表类声明：

链表类list的声明如下，主要实现了以下操作。list类包含两个成员属性head_ptr和length，前者是链表的头指针，后者储存链表的长度。

template<typename T>
class list
{
public:list(); // 构造函数list(const list<T>& l); // 拷贝构造list<T>& operator= (const list<T>& l); // 拷贝赋值 void insert_node(int index, T val); // 在index处插入结点void del_node(int index); // 删除index处结点T get_node(int index); // 获取index处结点值int find(int value); // 查找值value，找到返回index，找不到返回-1int get_length(); // 获取链表长度void push_back(T val); // 在链表尾部插入数据~list(); // 析构函数private:node<T>* head_ptr; // 链表头指针int length; // 链表长度
};

插入实现：

对于插入操作，本文将其分为了三种情况

超出索引，抛出异常
插在空链表的头
一般情况

// 在index处插入结点
template<typename T>
void list<T>::insert_node(int index, T val)
{if((index > this->length)) // 超过索引，最多可以插到当前结点的下一个结点，否则就是超过索引{throw runtime_error("index out of this list`s range");}else if((this->head_ptr == nullptr) && (index == 0)) // 插在空链表的头{this->head_ptr = new node<T>;this->head_ptr->next = nullptr;this->head_ptr->data = val;this->length++;} else // 一般情况{node<T>* p1 = this->head_ptr;node<T>* p2 = new node<T>;for(int i = 0; i < index - 1; i++){p1 = p1->next;}p2->data = val;p2->next = p1->next;p1->next = p2;this->length++;}
}

删除实现：

删除操作需要注意的是，每个结点都是通过new在堆区申请的内存，因此删除节点需要手动释放其内存。

// 删除index处结点
template<typename T>
void list<T>::del_node(int index)
{node<T>* p1 = this->head_ptr;node<T>* p2 = nullptr;for(int i = 0; i < index - 1; i++){p1 = p1->next;}p2 = p1->next->next;delete p1->next;p1->next = p2;this->length--;
}

索引实现：

// 获取index处结点值
template<typename T>
T list<T>::get_node(int index)
{if(index > this->length - 1) // 超过索引{throw runtime_error("index out of this list`s range");}node<T>* p1 = this->head_ptr;for(int i = 0; i < index; i++){p1 = p1->next;}return p1->data;
}

查找实现：

// 查找值value，找到返回index，找不到返回-1
template<typename T>
int list<T>::find(int value)
{node<T>* p1 = this->head_ptr;for(int i = 0; i < this->length; i++){if(p1->data == value){return i;}p1 = p1->next;}return -1;
}

析构实现：

析构函数需要做的就是释放链表每个节点的内存。

// 析构函数
template<typename T>
list<T>::~list()
{// 清空链表node<T>* p1 = this->head_ptr;node<T>* p2 = p1->next;while(p2 != nullptr){delete p1;p1 = p2;p2 = p2->next;}delete p1;this->length = 0;this->head_ptr = nullptr;}