鏈表_LINKLIST，表_linklist

鏈表_LINKLIST，表_linklist

• 鏈表_LINKLIST
• 鏈表的結構
  • 鏈表節點_LinkNode
  • 鏈表節點串連
• 鏈表的基本操作
  • 節點的插入_INSERTNODE
  • 節點的刪除_REMOVENODE
  • 訪問鏈表元素_VISITNODE
  • 鏈表基本操作介面_INTERFACE
• 鏈表的編碼實現
• 鏈表總結

本文中的所有代碼都可以在這裡:
https://github.com/qeesung/algorithm/tree/master/chapter10/10-2
或者這裡：
http://download.csdn.net/detail/ii1245712564/8775457
找到

鏈表_LINKLIST

鏈表的按照儲存的方式分類可以分為兩種，一種是記憶體連續的順序鏈表，一種是記憶體不連續的鏈式鏈表，在本文中主要介紹更為靈活的鏈式鏈表，後文中出現的鏈表都預設為鏈式鏈表。

鏈表是一種實體儲存體單元上非連續、非順序的儲存結構，資料元素的邏輯順序是通過鏈表中的指標連結次序實現的。鏈表由一系列結點（鏈表中每一個元素稱為結點）組成，結點可以在運行時動態產生。每個結點包括兩個部分：一個是儲存資料元素的資料域，另一個是儲存下一個結點地址的指標域。

鏈表的結構

鏈表顧名思義就是一個表，表裡面的每一項item儲存一個資料，多個item串在一起就構成了鏈表

鏈表裡面的一個項item，item裡面裝著我們需要的資料:

將多個item串成一串，就構成了一個表結構:

在鏈表裡面，我們將這樣一個item稱為鏈表節點ListNode，那到底這些item是怎麼把彼此串起來的呢？我們來看一下ListNode內部的資訊

鏈表節點_LinkNode

鏈表的基本元素就是一個鏈表節點ListNode,也就是我們上面所說的一個item，鏈表節點中包含兩個資訊，一個是資料data,一個是指向下一個節點的指標next。

鏈表節點串連

注意ListNode資訊裡面有一個叫做next的指標，它的作用就是用於指向下一個節點，那這就好辦啦，我們可以將next指標指向下一個listNode，下一個listNode的next指標又可以指向其他的listNode,這樣我們從第一個鏈表節點開始，通過next指標就可以訪問所有的鏈表節點元素了！

鏈表的基本操作

鏈表有兩個基本的操作：

• 插入元素
• 刪除元素

鏈表節點時資料的載體，插入元素就是插入一個節點，刪除元素就是刪除一個節點

節點的插入_INSERTNODE

假如現在我們要在鏈表的兩個節點Node1和Node2之間插入一個新的節點Node3。

可以大致分為下面幾個步驟：

• 儲存Node1指向Node2的指標，即儲存Next1
• 將Node1的Next指標指向新的節點Node3
• 將Node3的Next指標設為之前儲存起來的指向Node2的指標

該操作的已耗用時間為O(1)

節點的刪除_REMOVENODE

有插入就有刪除，假設有三個鏈表節點Node1,Node2,Node3,
現在需要將節點Node2刪除。

可以大致分為下面幾個步驟：

• 儲存Node2指向Node3的指標，即儲存Next2
• 將Next1指向的節點Node2刪除
• 把Next1賦值為之前儲存的指向Node3的指標

該操作的已耗用時間為O(1)

訪問鏈表元素_VISITNODE

對於一個鏈表，我們可以從鏈表的表頭開始訪問到鏈表裡面的任意一個元素，因為鏈表的每一個節點都有一個指向下一個節點的指標next。

假設一鏈表有三個節點Node1，Node2，Node3,表頭為Node1,現在我們需要訪問第三個節點的資料





這樣我們就找到了第三個節點，並取出其中的元素

鏈表基本操作介面_INTERFACE

list.h

#ifndef List_H#define List_H/** 鏈表可以自由的實現其他功能，這裡只列出了一小部分 */template <class Elem>class List{public:    // 在鏈表頭插入一個元素    virtual bool insert(const Elem &) = 0;    // 在鏈表尾插入一個元素    virtual bool append(const Elem &) = 0;    // 移除鏈表裡面的一個元素    virtual bool remove(const Elem &) = 0;    // 清空鏈表裡面額的所有元素    virtual void clear() = 0;    // 列印整個鏈表    virtual void print() = 0;};#endif

鏈表的編碼實現

link_list.h

#ifndef LINK_LIST_H#define LINK_LIST_H#include "list.h"/** * 定義鏈表的節點 */template <class Elem>class ListNode {public:    Elem data;// 實際的資料    ListNode<Elem> * next;// 指向下一個節點};  /** 子類化List，實現介面功能 */template <class Elem>class LinkList : public List<Elem>{private:    ListNode<Elem> * header;// 鏈表的表頭    void freeList(ListNode<Elem> * startNode);//迭代釋放從start開始的所有節點public:    // 建構函式和解構函式    LinkList();    ~LinkList();    // 基本的操作函數    // 在鏈表頭插入一個元素    bool insert(const Elem &);    // 在鏈表尾插入一個元素    bool append(const Elem &);    // 移除鏈表裡面的一個元素    bool remove(const Elem &);    // 清空鏈表裡面額的所有元素    void clear();    // 列印整個鏈表    void print();};#include "link_list.cc"#endif

相對於List的介面，我們新添加了一個header指標指向鏈表的表頭，我們可以以這個指標為入口，找到鏈表中的所有元素！

link_list.cc

#include <iostream>// 建構函式和解構函式template <class Elem>LinkList<Elem>::LinkList(){    // 首先建立一個鏈表的表頭    header = new ListNode<Elem>();    header->next = NULL;}/** 迭代的釋放節點指標開始的所有節點 */template <class Elem>void LinkList<Elem>::freeList(ListNode<Elem> * startNode){    while(startNode != NULL)    {        ListNode<Elem> * tempNode = startNode->next;        delete startNode;        startNode = tempNode;    }    return;}template <class Elem>LinkList<Elem>::~LinkList(){    //遞迴的釋放整個鏈表    freeList(header);}// 基本的操作函數// 在鏈表頭插入一個元素template <class Elem>bool LinkList<Elem>::insert(const Elem & ele){    ListNode<Elem> * newNode = new ListNode<Elem>();    if(newNode == NULL)        return false;    newNode->next=NULL;    newNode->data = ele;    ListNode<Elem>  * tempNode = header->next;    header->next = newNode;    newNode->next = tempNode;    return true;}// 在鏈表尾插入一個元素template <class Elem>bool LinkList<Elem>::append(const Elem & ele){    // tempNode裡面現在就指向最後一個元素    ListNode<Elem> * newNode = new ListNode<Elem>();    if(newNode == NULL)        return false;    newNode->next = NULL;    newNode->data = ele;    // 首先找到鏈表末尾    ListNode<Elem> * lastNode = header;    while(lastNode->next !=NULL)    {        lastNode = lastNode->next;    }    // 追加節點    lastNode->next = newNode;    return true;}// 移除鏈表裡面的一個元素template <class Elem>bool LinkList<Elem>::remove(const Elem & ele){    // 在鏈表裡面找到對應的元素    ListNode<Elem> * targetNode = header;    while(targetNode->next!=NULL && targetNode->next->data!=ele)    {        targetNode = targetNode->next;    }    if(targetNode->next == NULL)// 沒有找到目標元素        return false;    ListNode<Elem> * tempNode = targetNode->next->next;    delete targetNode->next;    targetNode->next = tempNode;    return true;}// 清空鏈表裡面額的所有元素template <class Elem>void LinkList<Elem>::clear(){    freeList(header->next);    header->next = NULL;}// 列印整個鏈表template <class Elem>void LinkList<Elem>::print(){    ListNode<Elem> * tempNode = header;    while(tempNode->next!=NULL)    {        std::cout<<tempNode->next->data<<"\t";        tempNode = tempNode->next;    }    std::cout<<std::endl;}

link_list_test.cc

#include <iostream>#include "link_list.h"int main(int argc, char const *argv[]){    LinkList<int> list;    // insert three elements    std::cout<<"Insert 1 2 3"<<std::endl;    list.insert(1);    list.insert(2);    list.insert(3);    list.print();    list.clear();    std::cout<<std::endl;    // append three elements    std::cout<<"append 1 2 3"<<std::endl;    list.append(1);    list.append(2);    list.append(3);    list.print();    list.clear();    std::cout<<std::endl;    // append three elements then remove one of them    std::cout<<"append 1 2 3 then remove 3"<<std::endl;    list.append(1);    list.append(2);    list.append(3);    list.remove(3);    list.print();    list.clear();    std::cout<<std::endl;    return 0;}

編譯方法：

g++ link_list_test.cc -o link_list_test

運行方法:

./link_list_test

運行結果:

Insert 1 2 3
3 2 1
append 1 2 3
1 2 3
append 1 2 3 then remove 3
1 2

鏈表總結

既然鏈表有這麼大的優勢，那麼以後直接就拋棄傳統的數組，就用鏈表吧！這樣當然不行，鏈表和數組之間各有各的優勢，各自有各自的使用情境:

• 鏈表:可以在常數時間O(1)之內完成對資料完成對資料的刪除添加操作，但是對資料的訪問操作的已耗用時間卻需要線上性時間O(n)，鏈表的資料訪問是不支援直接存取的，因為鏈表的節點的資料不是順序分布的，在記憶體(一般在堆裡面)裡面看到的鏈表的資料分布可能是這樣的：
  
  所以鏈表適用於對資料頻繁插入刪除的情形
• 數組：數組可以在常數時間O(1)內對資料進行訪問，因為數組的元素分布內在存中是連續的，可以直接數組起始地址加上一個位移量找到對應的元素，數組在記憶體裡面的部分可能是這樣的：
  
  而如果要對資料進行刪除和添加，那麼已耗用時間為O(n)，所以數組適用於對資料訪問比較頻繁的情形。