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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。
鏈表用來構建許多其它數據結構，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據結構，例如二叉樹、圖等。
常見的線性鏈表分為三種
單鏈表: 每個結點都含有指向其后繼結點的地址信息
雙向鏈表: 每個結點都有指向其前驅結點和后繼結點的地址信息
循環雙向鏈表: 在雙向鏈表的基礎上,將數據結點頭的前驅信息保存數據結點尾部地址,數據結點尾部的后驅信息保存數據結點頭地址、
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
頭結點: 數據內容無效,指向數據結點
數據結點: 存儲數據元素的結點
尾結點：數據內容無效,位于數據結點尾部,標志最后一個結點
對于鏈表而言,鏈表頭必須存在。而頭結點和尾結點在有些鏈表中是不存在的,但是擁有頭結點會有很大的好處
擁有頭結點的好處:
每次插入刪除時,無需判斷是否為第一個結點(對于無頭結點的鏈表,每次都要判斷如果是第一個結點,需要將前驅信息設置為鏈表頭,并且將鏈表頭的后繼信息設置為第一個結點)
如果是雙向循環鏈表(下章實現),我們可以通過頭結點的前驅節點輕松獲取到最后一個數據結點,從而實現append函數進行尾部插入結點,無需每次遍歷鏈表至末尾再插入結點.
如下圖所示:
從頭結點開始遍歷,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); // 獲取上個節點 Node* node = new Node(); // new一個新節點 node->data = value; // 設置data數據元素 node->next = pre->next; // 將新節點的next鏈接到下個節點 pre->next = node; // 將前個節點的next鏈接到創建的新節點 m_length += 1;
如下圖所示:
從頭結點開始遍歷,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; // 獲取要刪除的節點 pre->next = current->next; // 將當前節點的下個節點鏈接到前一個的next中 delete current; // delete空閑的節點 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;需要實現的函數:
int length() : 獲取鏈表數據長度
void clear() : 清空鏈表所有數據
Node* getNode(int i): 獲取i處的節點
bool insert(int i, const T& value) : 在索引號i處插入一個新的數據
bool remove(int i) : 刪除鏈表中索引號i所在的數據
T get(int i): 獲取i處的數據
bool set(int i, const T& value): 設置i處的數據
void append(const T &value) ：在鏈表尾部追加一個新的數據
void prepend(const T &value) : 在鏈表頭部插入一個新的數據
void clear() : 清空鏈表內容
LinkedList& operator << (const T& value): 重寫<<操作符,方便尾部追加數據
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.
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);}
/*鏈表節點類模板*/
template <typename T>
struct SingleLinkedNode
{
inline SingleLinkedNode(){ }
inline SingleLinkedNode(const T &arg): value(arg) { }
SingleLinkedNode *next; // 后驅節點
T value; // 節點值
};
/*單鏈表類模板*/
template <class T>
class SingleLinkedList
{
protected:
typedef SingleLinkedNode<T> Node;
Node m_header; // 頭節點
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位置處的節點*/
Node* getNode(int i)
{
Node* ret = &m_header;
while((i--)>-1) { // 由于有頭節點所以,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一個新節點
node->next = pre->next; // 將新節點的next鏈接到下個節點
pre->next = node; // 將前個節點的next鏈接到創建的新節點
m_length +=1;
return true;
}
/*刪除一個節點*/
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; // 獲取要刪除的節點
pre->next = current->next; // 將當前節點的下個節點鏈接到前一個的next中
delete current; // delete空閑的節點
m_length -=1;
return true;
}
/*獲取節點數據*/
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;
// 修改鏈表數據
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:
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，例如鏈表或數組）上遍訪的接口，設計人員無需關心容器對象的內存分配的實現細節。
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函數的時間復雜度為O(n)
}每次for循環調用鏈表的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),所以我們需要實現迭代器來優化鏈表遍歷
迭代器需要實現以下幾個函數:
bool hasNext(): 是否有下個節點
T &next(): 移動光標到下一個節點,并返回之前的值
T &value(): 獲取當前光標的節點數據
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:
感謝你能夠認真閱讀完這篇文章，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”這篇文章對大家有幫助，同時也希望大家多多支持億速云，關注億速云行業資訊頻道，更多相關知識等著你來學習!
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