C++圖解單向鏈表類模板和iterator迭代器類模版詳解
更新時間：2022年02月25日 16:51:08 作者：諾謙
這篇文章主要為大家詳細介紹了C++圖解單向鏈表類模板和iterator迭代器類模版，文中示例代碼介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們可以參考一下，希望能夠給你帶來幫助
鏈表用來構(gòu)建許多其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如堆棧，隊列和他們的派生。
對于非線性的鏈表，可以參見相關的其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，例如二叉樹、圖等。
1.鏈表介紹
常見的線性鏈表分為三種
單鏈表: 每個結(jié)點都含有指向其后繼結(jié)點的地址信息
雙向鏈表: 每個結(jié)點都有指向其前驅(qū)結(jié)點和后繼結(jié)點的地址信息
循環(huán)雙向鏈表: 在雙向鏈表的基礎上,將數(shù)據(jù)結(jié)點頭的前驅(qū)信息保存數(shù)據(jù)結(jié)點尾部地址,數(shù)據(jù)結(jié)點尾部的后驅(qū)信息保存數(shù)據(jù)結(jié)點頭地址、
鏈表中包含的關鍵詞如下所示:
- 鏈表頭: 也就是head指針, 每次訪問鏈表時都可以從這個頭指針依次遍歷鏈表中的每個元素
- 頭結(jié)點: 數(shù)據(jù)內(nèi)容無效,指向數(shù)據(jù)結(jié)點
- 數(shù)據(jù)結(jié)點: 存儲數(shù)據(jù)元素的結(jié)點
- 尾結(jié)點：數(shù)據(jù)內(nèi)容無效,位于數(shù)據(jù)結(jié)點尾部,標志最后一個結(jié)點
對于鏈表而言,鏈表頭必須存在。而頭結(jié)點和尾結(jié)點在有些鏈表中是不存在的,但是擁有頭結(jié)點會有很大的好處
擁有頭結(jié)點的好處:
每次插入刪除時,無需判斷是否為第一個結(jié)點(對于無頭結(jié)點的鏈表,每次都要判斷如果是第一個結(jié)點,需要將前驅(qū)信息設置為鏈表頭,并且將鏈表頭的后繼信息設置為第一個結(jié)點)
如果是雙向循環(huán)鏈表(下章實現(xiàn)),我們可以通過頭結(jié)點的前驅(qū)節(jié)點輕松獲取到最后一個數(shù)據(jù)結(jié)點,從而實現(xiàn)append函數(shù)進行尾部插入結(jié)點,無需每次遍歷鏈表至末尾再插入結(jié)點.
1.1 單鏈表插入某個節(jié)點流程
如下圖所示:
從頭結(jié)點開始遍歷,通過要插入的索引號-1找到pre指針后,代碼如下所示:
Node* pre = getNode(i-1); // 獲取上個節(jié)點 Node* node = new Node(); // new一個新節(jié)點 node->data = value; // 設置data數(shù)據(jù)元素 node->next = pre->next; // 將新節(jié)點的next鏈接到下個節(jié)點 pre->next = node; // 將前個節(jié)點的next鏈接到創(chuàng)建的新節(jié)點 m_length += 1;
1.2 單鏈表刪除某個節(jié)點流程
如下圖所示:
從頭結(jié)點開始遍歷,通過要刪除的索引號-1找到current指針的前一個結(jié)點pre后,代碼如下所示:
Node* pre = getNode(i-1); Node* current = pre->next; // 獲取要刪除的節(jié)點 pre->next = current->next; // 將當前節(jié)點的下個節(jié)點鏈接到前一個的next中 delete current; // delete空閑的節(jié)點 m_length -= 1;
1.3 單鏈表清除所有節(jié)點流程
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;2.實現(xiàn)單鏈表
需要實現(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
bool insert(int i, const T& value) : 在索引號i處插入一個新的數(shù)據(jù)
bool remove(int i) : 刪除鏈表中索引號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): 設置i處的數(shù)據(jù)
void append(const T &value) ：在鏈表尾部追加一個新的數(shù)據(jù)
void prepend(const T &value) : 在鏈表頭部插入一個新的數(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.默認從from索引號0(表頭)開始.如果未找到則返回-1.
2.1indexOf()函數(shù)示例如下所示:
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的整個代碼實現(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
T value; // 節(jié)點值
};
/*單鏈表類模板*/
template <class T>
class SingleLinkedList
{
protected:
typedef SingleLinkedNode<T> Node;
Node m_header; // 頭節(jié)點
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*/
Node* getNode(int i)
{
Node* ret = &m_header;
while((i--)>-1) { // 由于有頭節(jié)點所以,i為0時,其實ret = m_header->n
ret = ret->next;
}
return ret;
}
/*插入一個新的節(jié)點*/
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一個新節(jié)點
node->next = pre->next; // 將新節(jié)點的next鏈接到下個節(jié)點
pre->next = node; // 將前個節(jié)點的next鏈接到創(chuàng)建的新節(jié)點
m_length +=1;
return true;
}
/*刪除一個節(jié)點*/
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; // 獲取要刪除的節(jié)點
pre->next = current->next; // 將當前節(jié)點的下個節(jié)點鏈接到前一個的next中
delete current; // delete空閑的節(jié)點
m_length -=1;
return true;
}
/*獲取節(jié)點數(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;
}
/*設置節(jié)點*/
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.默認從from索引號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; // 當前指標
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;運行打印:
3.實現(xiàn)一個迭代器來優(yōu)化鏈表遍歷
迭代器（iterator）有時又稱光標（cursor）是程序設計的軟件設計模式，可在容器對象（container，例如鏈表或數(shù)組）上遍訪的接口，設計人員無需關心容器對象的內(nèi)存分配的實現(xiàn)細節(jié)。
3.1 為什么要實現(xiàn)一個迭代器?
比如我們剛剛寫的遍歷鏈表代碼:
for(int i = 0; i< list.length(); i++){ // 時間復雜度為O(n)
cout<<" "<<list.get(i)<<" "; // get函數(shù)的時間復雜度為O(n)
}每次for循環(huán)調(diào)用鏈表的get時,都會重復去遍歷鏈表,所以遍歷一個鏈表需要的時間復雜度為O(n^2),所以我們需要實現(xiàn)迭代器來優(yōu)化鏈表遍歷
迭代器需要實現(xiàn)以下幾個函數(shù):
bool hasNext():是否有下個節(jié)點T &next():移動光標到下一個節(jié)點,并返回之前的值T &value():獲取當前光標的節(jié)點數(shù)據(jù)void toBegin():將迭代器的光標定位到開頭位置T& move(int i):將迭代器當前光標定位到i位置處,并返回當前位置的值
迭代器類實現(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; // 當前指標
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()) // 通過迭代器讓時間復雜度為O(n)
cout<<it.next()<<endl;
cout<<endl;
cout<<"moved:"<<endl;
it.move(2);
while (it.hasNext()) // 通過迭代器讓時間復雜度為O(n)
cout<<it.next()<<endl;打印如下所示:
總結(jié)
本篇文章就到這里了，希望能夠給你帶來幫助，也希望您能夠多多關注腳本之家的更多內(nèi)容!
相關文章
淺析C++11中的右值引用、轉(zhuǎn)移語義和完美轉(zhuǎn)發(fā)
對于c++11來說移動語義是一個重要的概念，一直以來我對這個概念都似懂非懂。最近翻翻資料感覺突然開竅，因此順便記錄下C++11中的右值引用、轉(zhuǎn)移語義和完美轉(zhuǎn)發(fā)，方便大家查閱參考。2016-08-08
計算機是通過TCP/IP協(xié)議進行互聯(lián)從而進行通信的，為了把復雜的TCP/IP協(xié)議隱藏起來，更方便的實現(xiàn)計算機中兩個程序進行通信，引出了socket這個概念2022-10-10
這篇文章主要介紹了C語言多文件編寫,是C語言入門學習中的基礎知識,需要的朋友可以參考下，希望能夠給你帶來幫助2021-09-09
C++實現(xiàn)LeetCode(29.兩數(shù)相除)
這篇文章主要介紹了C++實現(xiàn)LeetCode(29.兩數(shù)相除),本篇文章通過簡要的案例,講解了該項技術的了解與使用,以下就是詳細內(nèi)容,需要的朋友可以參考下2021-07-07
下面小編就為大家?guī)硪黄獜膮R編看c++中的多態(tài)詳解。小編覺得挺不錯的，現(xiàn)在就分享給大家，也給大家做個參考。一起跟隨小編過來看看吧2016-06-06
在此記錄一下c調(diào)用匯編的方法，匯編使用的是AT&T語法。例子很簡單，就是在給一個整數(shù)用匯編轉(zhuǎn)換成二進制2013-11-11
這篇文章主要為大家介紹了C++函數(shù)類型與重載函數(shù)，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們可以參考一下，希望能夠給你帶來幫助2021-11-11
這篇文章主要介紹了c語言描述回文數(shù)的三種算法，文中通過示例代碼介紹的非常詳細，對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學習學習吧2019-04-04
這篇文章主要為大家詳細介紹了C++實現(xiàn)兩個有序數(shù)組的合并，文中示例代碼介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們可以參考一下2020-02-02
這篇文章主要以圖文結(jié)合的方式為大家詳細介紹了C語言位運算基礎知識，感興趣的小伙伴們可以參考一下2016-07-07