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C++创建线性表：从基本概念到实现方法

2023-07-04 18:38:15 深夜i -- --

C++ 线性表基本概念实现方法

C++是一种面向对象的编程语言，具有广泛的应用范围，在数据结构方面也不例外。线性表是一种简单但重要的数据结构，它可以用来存储数据并按特定规则进行访问。C++语言提供了多种方法来实现线性表，下面我们将从基本概念到实现方法进行讲解。

1. 基本概念

线性表是由若干数据元素按照一定的线性顺序组成的数据结构。其中，数据元素的类型可以是任意的，但具有相同特性，如整数、字符、浮点数等。线性表的基本特征是元素的个数有限且有序，每个元素有一个确定的前驱和后继。

2. 实现方法

（1）顺序表

顺序表是一种数据结构，指用一段连续的存储单元依次存储线性表中的数据元素。在C++语言中，顺序表可以通过数组来实现。

（2）链表

链表是一种数据结构，指用一组结点依次链接起来形成的线型结构。链表结点通常由一个指向数据元素的变量和一个指向后继结点的指针组成。在C++语言中，链表可以通过类来实现。

（3）线性链表

线性链表是一种特殊的链表，它的每个结点只有一个指针域，用来指向下一个结点。这种结点称为单链表结点。在C++语言中，线性链表可以通过一个类来实现。

（4）双向链表

双向链表是一种特殊的链表，它的每个结点有两个指针域，一个指向前驱结点，一个指向后继结点。在C++语言中，双向链表也可以通过一个类来实现。

3. 实现案例

下面我们来看一个具体的实现案例，以双向链表为例。

首先，我们需要定义节点类，代码如下：

class ListNode {
public:
  int val;
  ListNode* prev;
  ListNode* next;
  ListNode(int x) : val(x), prev(NULL), next(NULL) {}
};

其中，val是该节点存储的数据元素，prev和next是指向前驱节点和后继结点的指针。

接下来，定义双向链表类：

class MyLinkedList {
public:
  /** Initialize your data structure here. */
  MyLinkedList()
    // 初始化头结点和尾结点为 NULL
    head = NULL;
    tail = NULL;
    // 初始化节点个数为0
    count = 0;
  
  /** Get the value of the index-th node in the linked list. If the index is invalid, return -1. */
  int get(int index) {
    // 判断index是否合法
    if(index >= 0 && index < count){
      ListNode* currentNode = head;
      for(int i = 0; i < index; i++)
        currentNode = currentNode->next;
      
      return currentNode->val;
    }
    else
      return -1;
    
  }
  
  /** Add a node of value val before the first element of the linked list. After the insertion, the new node will be the first node of the linked list. */
  void addAtHead(int val) {
    ListNode* newNode = new ListNode(val);
    if(head == NULL)
      // 表示链表为空
    else
      // 将新节点插入到链表的头部
      newNode->next = head;
      head->prev = newNode;
      head = newNode;
    
    count++;
  }
  
  /** Append a node of value val to the last element of the linked list. */
  void addAtTail(int val) {
    ListNode* newNode = new ListNode(val);
    if(head == NULL)
      // 表示链表为空
    else
      // 将新节点插入到链表的尾部
      tail->next = newNode;
      newNode->prev = tail;
      tail = newNode;
    
    count++;
  }
  
  /** Add a node of value val before the index-th node in the linked list. If index equals to the length of linked list, the node will be appended to the end of linked list. If index is greater than the length, the node will not be inserted. */
  void addAtIndex(int index, int val) {
    if(index == count){
      addAtTail(val);
    }
    else if(index == 0){
      addAtHead(val);
    }
    else if(index > 0 && index < count){
      ListNode* newNode = new ListNode(val);
      ListNode* currentNode = head;
      for(int i = 0; i < index; i++)
        currentNode = currentNode->next;
      
      ListNode* prevNode = currentNode->prev;
      prevNode->next = newNode;
      newNode->prev = prevNode;
      newNode->next = currentNode;
      currentNode->prev = newNode;
      count++;
    }
  }
  
  /** Delete the index-th node in the linked list, if the index is valid. */
  void deleteAtIndex(int index) {
    if(index >= 0 && index < count){
      ListNode* currentNode = head;
      for(int i = 0; i < index; i++)
        currentNode = currentNode->next;
      
      ListNode* prevNode = currentNode->prev;
      ListNode* nextNode = currentNode->next;
      if(prevNode != NULL)
        prevNode->next = nextNode;
      
      else
        head = nextNode;
      
      if(nextNode != NULL)
        nextNode->prev = prevNode;
      
      else
        tail = prevNode;
      
      delete currentNode;
      count--;
    }
  }
private:
  ListNode* head;
  ListNode* tail;
  int count;
};

在上面的代码中，我们定义了MyLinkedList类，其中包含了一些常用的操作方法，如get、addAtHead、addAtTail、addAtIndex和deleteAtIndex等。其中，get方法用于获取指定位置的元素值；addAtHead、addAtTail和addAtIndex方法用于在链表中插入元素；deleteAtIndex方法用于删除指定索引位置的元素。

4. 总结

通过对C++实现线性表的基本概念和实现方法的讲解，我们可以看到C++语言的灵活性和简便性，能够让程序员更加高效地开发程序。不同的实现方法适用于不同的场景，根据实际需求来选择合适的方法是非常重要的。最后，我们希望读者能够掌握C++实现线性表的基本知识，提高编程技能水平，为以后的程序开发打下坚实的基础。

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