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C++ 链表例题解析

2023-06-30 07:43:51 深夜i 13 0

C++ 链表例题解析数据结构

链表是计算机科学中一种十分基础的数据结构，也是许多算法和数据结构问题的基础。C++作为一种面向对象的高级编程语言，被广泛地运用于数据结构的实现。本篇文章将解析使用C++实现链表例题的实现过程，并讲解其中的算法思想。

例题描述：

使用C++实现一个链表，要求包含节点的插入、删除、查找操作，并能够完成链表的遍历和打印输出。

实现过程：

首先，我们需要定义链表节点的结构体和链表类的定义。

struct ListNode {
  int val;
  ListNode *next;
  ListNode(int x) : val(x), next(NULL) {}
};
class LinkedList {
private:
  ListNode* head;
public:
  LinkedList() head = nullptr;
  ~LinkedList();
  void insertNode(int val);
  void deleteNode(int val);
  ListNode* findNode(int val) const;
  void traverseAndPrint() const;
};

其中，ListNode是链表节点的结构体，val表示节点的值，next表示指向下一节点的指针。LinkedList是链表类的定义，head表示链表头指针，insertNode函数用于节点插入操作，deleteNode函数用于节点删除操作，findNode函数用于节点查找操作，traverseAndPrint函数用于链表遍历和打印输出。

链表节点的插入操作是比较简单的，具体实现代码如下：

void LinkedList::insertNode(int val) {
  ListNode* newNode = new ListNode(val);
  if (head == nullptr) 则插入的节点为头节点
    head = newNode;
   else {
    ListNode* tmp = head;
    while (tmp->next != nullptr) // 遍历链表找到最后一个节点
      tmp = tmp->next;
    
    tmp->next = newNode; // 将新节点插入到链表末尾
  }
}

节点的删除操作涉及到几种情况，如如果节点不在链表中、节点是头节点、节点是中间节点等等。具体实现代码如下：

void LinkedList::deleteNode(int val) {
  ListNode dummy(-1); // 建立虚拟头节点方便删除头节点
  dummy.next = head;
  ListNode* prev = &dummy;
  ListNode* tmp = head;
  while (tmp) { // 遍历链表寻找目标节点
    if (tmp->val == val) // 找到目标节点
      prev->next = tmp->next; // 链接前后节点
      delete tmp; // 释放内存空间
      return;
    
    prev = tmp;
    tmp = tmp->next;
  }
}

节点查找操作也比较简单，具体实现代码如下：

ListNode* LinkedList::findNode(int val) const {
  ListNode* tmp = head;
  while (tmp) {
    if (tmp->val == val) // 找到目标节点
      return tmp;
    
    tmp = tmp->next;
  }
  return nullptr; // 未找到目标节点
}

链表遍历和打印输出只需要遍历链表，并使用cout输出节点的值即可，具体实现代码如下：

void LinkedList::traverseAndPrint() const {
  ListNode* tmp = head;
  while (tmp)
    cout << tmp->val << " -> ";
    tmp = tmp->next;
  
  cout << "nullptr" << endl;
}

算法思想解析：

链表是由一系列节点组成的链式结构，节点与节点之间通过指针链接起来。链表的基本操作包括插入、删除、查找、遍历等操作。

链表节点的插入操作，可以通过遍历链表然后将新节点插入到链表的末尾来实现。如果链表为空，则新节点为头节点；如果链表不为空，就需要遍历链表直到找到链表的末尾并将新节点插入到末尾。

链表节点的删除操作，需要处理多种情况，如删除的节点不在链表中、删除的节点是头节点、删除的节点是中间节点等。首先需要建立一个虚拟的头节点，这样可以方便处理头节点的删除。然后使用两个指针，分别指向遍历链表的前一个节点和当前节点，遍历链表直到找到目标节点，然后将前一个节点链接到目标节点的下一个节点上。

链表节点的查找操作，可以使用遍历链表的方式，依次访问每个节点并查找值等于目标值的节点。如果找到目标节点，则返回指向该节点的指针；如果没有找到目标节点，则返回空指针。

链表的遍历操作，只需要依次访问链表中的每个节点，并输出节点的值即可。

总结：

链表是一种十分重要的数据结构，本篇文章使用C++语言实现了链表的基本操作，并讲解了插入、删除、查找和遍历的算法思想。在实际的开发中，链表常被用于解决各种问题，如内存管理、算法设计等。熟练地掌握链表的基本操作，可以帮助我们更好地理解和应用数据结构。

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