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這篇文章主要介紹了C++中單向鏈表類模板和iterator迭代器類的示例分析,具有一定借鑒價(jià)值,感興趣的朋友可以參考下,希望大家閱讀完這篇文章之后大有收獲,下面讓小編帶著大家一起了解一下。
鏈表用來構(gòu)建許多其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),如堆棧,隊(duì)列和他們的派生。
對(duì)于非線性的鏈表,可以參見相關(guān)的其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),例如二叉樹、圖等。
常見的線性鏈表分為三種
單鏈表: 每個(gè)結(jié)點(diǎn)都含有指向其后繼結(jié)點(diǎn)的地址信息
雙向鏈表: 每個(gè)結(jié)點(diǎn)都有指向其前驅(qū)結(jié)點(diǎn)和后繼結(jié)點(diǎn)的地址信息
循環(huán)雙向鏈表: 在雙向鏈表的基礎(chǔ)上,將數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)頭的前驅(qū)信息保存數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)尾部地址,數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)尾部的后驅(qū)信息保存數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)頭地址、
鏈表中包含的關(guān)鍵詞如下所示:
鏈表頭: 也就是head指針, 每次訪問鏈表時(shí)都可以從這個(gè)頭指針依次遍歷鏈表中的每個(gè)元素
頭結(jié)點(diǎn): 數(shù)據(jù)內(nèi)容無效,指向數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)
數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn): 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)元素的結(jié)點(diǎn)
尾結(jié)點(diǎn):數(shù)據(jù)內(nèi)容無效,位于數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)尾部,標(biāo)志最后一個(gè)結(jié)點(diǎn)
對(duì)于鏈表而言,鏈表頭必須存在。而頭結(jié)點(diǎn)和尾結(jié)點(diǎn)在有些鏈表中是不存在的,但是擁有頭結(jié)點(diǎn)會(huì)有很大的好處
擁有頭結(jié)點(diǎn)的好處:
每次插入刪除時(shí),無需判斷是否為第一個(gè)結(jié)點(diǎn)(對(duì)于無頭結(jié)點(diǎn)的鏈表,每次都要判斷如果是第一個(gè)結(jié)點(diǎn),需要將前驅(qū)信息設(shè)置為鏈表頭,并且將鏈表頭的后繼信息設(shè)置為第一個(gè)結(jié)點(diǎn))
如果是雙向循環(huán)鏈表(下章實(shí)現(xiàn)),我們可以通過頭結(jié)點(diǎn)的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)輕松獲取到最后一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn),從而實(shí)現(xiàn)append函數(shù)進(jìn)行尾部插入結(jié)點(diǎn),無需每次遍歷鏈表至末尾再插入結(jié)點(diǎn).
如下圖所示:
從頭結(jié)點(diǎn)開始遍歷,通過要插入的索引號(hào)-1找到pre指針后,代碼如下所示:
Node* pre = getNode(i-1); // 獲取上個(gè)節(jié)點(diǎn) Node* node = new Node(); // new一個(gè)新節(jié)點(diǎn) node->data = value; // 設(shè)置data數(shù)據(jù)元素 node->next = pre->next; // 將新節(jié)點(diǎn)的next鏈接到下個(gè)節(jié)點(diǎn) pre->next = node; // 將前個(gè)節(jié)點(diǎn)的next鏈接到創(chuàng)建的新節(jié)點(diǎn) m_length += 1;
如下圖所示:
從頭結(jié)點(diǎn)開始遍歷,通過要?jiǎng)h除的索引號(hào)-1找到current指針的前一個(gè)結(jié)點(diǎn)pre后,代碼如下所示:
Node* pre = getNode(i-1); Node* current = pre->next; // 獲取要?jiǎng)h除的節(jié)點(diǎn) pre->next = current->next; // 將當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的下個(gè)節(jié)點(diǎn)鏈接到前一個(gè)的next中 delete current; // delete空閑的節(jié)點(diǎn) m_length -= 1;
代碼如下所示:
while(m_header.next) { Node* node = m_header.next; m_header.next = node->next; delete node; } m_length = 0;
需要實(shí)現(xiàn)的函數(shù):
int length()
: 獲取鏈表數(shù)據(jù)長度
void clear() :
清空鏈表所有數(shù)據(jù)
Node* getNode(int i):
獲取i處的節(jié)點(diǎn)
bool insert(int i, const T& value) :
在索引號(hào)i處插入一個(gè)新的數(shù)據(jù)
bool remove(int i) :
刪除鏈表中索引號(hào)i所在的數(shù)據(jù)
T get(int i):
獲取i處的數(shù)據(jù)
bool set(int i, const T& value):
設(shè)置i處的數(shù)據(jù)
void append(const T &value) :
在鏈表尾部追加一個(gè)新的數(shù)據(jù)
void prepend(const T &value) :
在鏈表頭部插入一個(gè)新的數(shù)據(jù)
void clear() :
清空鏈表內(nèi)容
LinkedList& operator << (const T& value):
重寫<<操作符,方便尾部追加數(shù)據(jù)
int indexOf(const T &value, int from =0) :
在鏈表中向前查找value所在的索引號(hào).默認(rèn)從from索引號(hào)0(表頭)開始.如果未找到則返回-1.
LinkedList<int> list; list << 1 << 2 << 4 << 2 << 6; cout<<"from index0 find 2 :"<<list.indexOf(2)<<endl; //returns 1 cout<<"from index1 find 2 :"<<list.indexOf(2, 1)<<endl; //returns 1 cout<<"from index2 find 2 :"<<list.indexOf(2, 2)<<endl; //從索引號(hào)2開始查找,returns 3 cout<<"from index0 find 3 :"<<list.indexOf(3)<<endl; //returns -1
打印效果如下所示:
本章SingleLinkedList.h的整個(gè)代碼實(shí)現(xiàn)如下所示(包含迭代器類):
#ifndef SingleLinkedLIST_H #define SingleLinkedLIST_H #include "throw.h" // throw.h里面定義了一個(gè)ThrowException拋異常的宏,如下所示: //#include <iostream> //using namespace std; //#define ThrowException(errMsg) {cout<<__FILE__<<" LINE"<<__LINE__<<": "<<errMsg<<endl; (throw errMsg);} /*鏈表節(jié)點(diǎn)類模板*/ template <typename T> struct SingleLinkedNode { inline SingleLinkedNode(){ } inline SingleLinkedNode(const T &arg): value(arg) { } SingleLinkedNode *next; // 后驅(qū)節(jié)點(diǎn) T value; // 節(jié)點(diǎn)值 }; /*單鏈表類模板*/ template <class T> class SingleLinkedList { protected: typedef SingleLinkedNode<T> Node; Node m_header; // 頭節(jié)點(diǎn) int m_length; public: SingleLinkedList() { m_header.next = nullptr; m_length = 0; } ~SingleLinkedList() { clear(); } void append(const T &value) { insert(m_length, value);} void prepend(const T &value) {insert(0, value);} int length() {return m_length;} Node* begin() {return m_header.next;} static bool rangeValid(int i,int len) {return ((i>=0) && (i<len));} /*獲取i位置處的節(jié)點(diǎn)*/ Node* getNode(int i) { Node* ret = &m_header; while((i--)>-1) { // 由于有頭節(jié)點(diǎn)所以,i為0時(shí),其實(shí)ret = m_header->n ret = ret->next; } return ret; } /*插入一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)*/ bool insert(int i, const T& value) { if (!((i>=0) && (i<=m_length))) { ThrowException("Invalid parameter i to get value ..."); return false; } Node* pre = getNode(i-1); Node* node = new Node(value); // new一個(gè)新節(jié)點(diǎn) node->next = pre->next; // 將新節(jié)點(diǎn)的next鏈接到下個(gè)節(jié)點(diǎn) pre->next = node; // 將前個(gè)節(jié)點(diǎn)的next鏈接到創(chuàng)建的新節(jié)點(diǎn) m_length +=1; return true; } /*刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn)*/ bool remove(int i) { if (!rangeValid(i, m_length)) { ThrowException("Invalid parameter i to get value ..."); return false; } Node* pre = getNode(i-1); Node* current = pre->next; // 獲取要?jiǎng)h除的節(jié)點(diǎn) pre->next = current->next; // 將當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的下個(gè)節(jié)點(diǎn)鏈接到前一個(gè)的next中 delete current; // delete空閑的節(jié)點(diǎn) m_length -=1; return true; } /*獲取節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)*/ T get(int i) { T ret; if (!rangeValid(i, m_length)) { ThrowException("Invalid parameter i to get value ..."); } else { ret = getNode(i)->value; } return ret; } /*設(shè)置節(jié)點(diǎn)*/ bool set(int i, const T& value) { if (!rangeValid(i, m_length)) { ThrowException("Invalid parameter i to get value ..."); return false; } getNode(i)->value = value; return true; } void clear() { while(m_header.next) { Node* node = m_header.next; m_header.next = node->next; delete node; } m_length = 0; } SingleLinkedList<T>& operator << (const T& value) { append(value); return *this; } /*在鏈表中向前查找value所在的索引號(hào).默認(rèn)從from索引號(hào)0(表頭)開始.如果未找到則返回-1.*/ int indexOf(const T &value, int from =0) { int ret = 0; Node* node = m_header.next; while(node) { if (ret >= from && node->value == value) { return ret; } node = node->next; ret+=1; } return -1; } }; /*單鏈表迭代器類模板*/ template <class T> class SingleLinkedListIterator { typedef SingleLinkedNode<T> Node; SingleLinkedList<T> *list; Node *m_current; // 當(dāng)前指標(biāo) public: explicit SingleLinkedListIterator(SingleLinkedList<T> &l):list(&l) { m_current = l.begin(); } void toBegin() { m_current = list->begin(); } bool hasNext() { return (m_current); } T& next() { Node *ret = m_current; m_current = m_current->next; return ret->value; } T& value() { if (m_current == nullptr) { ThrowException(" Current value is empty ..."); } return m_current->value; } T& move(int i) { if (!list->rangeValid(i, list->length())) { ThrowException("Invalid parameter i to get value ..."); } m_current = list->getNode(i); return value(); } }; #endif // SingleLinkedLIST_H
測(cè)試代碼如下所示:
SingleLinkedList<int> list; for(int i = 0; i< 5; i++) list.append(i); for(int i = 0; i< 5; i++) list<<i+5; cout<<"print:"<<endl; cout<<"list.length:"<<list.length()<<endl; for(int i = 0; i< list.length(); i++){ cout<<" "<<list.get(i)<<" "; } cout<<endl; // 修改鏈表數(shù)據(jù) list.set(1,100); list.set(2,200); list.remove(3); list.insert(5,500); cout<<"changed:"<<endl; cout<<"list.length:"<<list.length()<<endl; for(int i = 0; i< list.length(); i++){ cout<<" "<<list.get(i)<<" "; } cout<<endl;
運(yùn)行打印:
迭代器(iterator)有時(shí)又稱光標(biāo)(cursor)是程序設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)模式,可在容器對(duì)象(container,例如鏈表或數(shù)組)上遍訪的接口,設(shè)計(jì)人員無需關(guān)心容器對(duì)象的內(nèi)存分配的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。
比如我們剛剛寫的遍歷鏈表代碼:
for(int i = 0; i< list.length(); i++){ // 時(shí)間復(fù)雜度為O(n) cout<<" "<<list.get(i)<<" "; // get函數(shù)的時(shí)間復(fù)雜度為O(n) }
每次for循環(huán)調(diào)用鏈表的get時(shí),都會(huì)重復(fù)去遍歷鏈表,所以遍歷一個(gè)鏈表需要的時(shí)間復(fù)雜度為O(n^2),所以我們需要實(shí)現(xiàn)迭代器來優(yōu)化鏈表遍歷
迭代器需要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)函數(shù):
bool hasNext():
是否有下個(gè)節(jié)點(diǎn)
T &next():
移動(dòng)光標(biāo)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn),并返回之前的值
T &value():
獲取當(dāng)前光標(biāo)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)
void toBegin():
將迭代器的光標(biāo)定位到開頭位置
T& move(int i):
將迭代器當(dāng)前光標(biāo)定位到i位置處,并返回當(dāng)前位置的值
迭代器類實(shí)現(xiàn)如下所示:
/*單鏈表迭代器類模板*/ template <class T> class SingleLinkedListIterator { typedef SingleLinkedNode<T> Node; SingleLinkedList<T> *list; Node *m_current; // 當(dāng)前指標(biāo) public: explicit SingleLinkedListIterator(SingleLinkedList<T> &l):list(&l) { m_current = l.begin(); } void toBegin() { m_current = list->begin(); } bool hasNext() { return (m_current); } T& next() { Node *ret = m_current; m_current = m_current->next; return ret->value; } T& value() { if (m_current == nullptr) { ThrowException(" Current value is empty ..."); } return m_current->value; } T& move(int i) { if (!list->rangeValid(i, list->length())) { ThrowException("Invalid parameter i to get value ..."); } m_current = list->getNode(i); return value(); } };
示例代碼如下所示:
SingleLinkedList<int> list; list<<1<<4<<5<<6<<8; SingleLinkedListIterator<int> it(list); cout<<"print:"<<endl; cout<<"list.length:"<<list.length()<<endl; while (it.hasNext()) // 通過迭代器讓時(shí)間復(fù)雜度為O(n) cout<<it.next()<<endl; cout<<endl; cout<<"moved:"<<endl; it.move(2); while (it.hasNext()) // 通過迭代器讓時(shí)間復(fù)雜度為O(n) cout<<it.next()<<endl;
打印如下所示:
感謝你能夠認(rèn)真閱讀完這篇文章,希望小編分享的“C++中單向鏈表類模板和iterator迭代器類的示例分析”這篇文章對(duì)大家有幫助,同時(shí)也希望大家多多支持億速云,關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道,更多相關(guān)知識(shí)等著你來學(xué)習(xí)!
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