leetcode707. 设计链表(双向链表)

  • 你可以选择使用单链表或者双链表,设计并实现自己的链表

  • 单链表中的节点应该具备两个属性:val 和 next 。val 是当前节点的值,next 是指向下一个节点的指针/引用。如果是双向链表,则还需要属性 prev 以指示链表中的上一个节点。

  • 假设链表中的所有节点下标从 0 开始。

实现 MyLinkedList 类:

MyLinkedList() 初始化 MyLinkedList 对象。
int get(int index) 获取链表中下标为 index 的节点的值。如果下标无效,则返回 -1 。
void addAtHead(int val) 将一个值为 val 的节点插入到链表中第一个元素之前。在插入完成后,新节点会成为链表的第一个节点。
void addAtTail(int val) 将一个值为 val 的节点追加到链表中作为链表的最后一个元素。
void addAtIndex(int index, int val) 将一个值为 val 的节点插入到链表中下标为 index 的节点之前。如果 index 等于链表的长度,那么该节点会被追加到链表的末尾。如果 index 比长度更大,该节点将 不会插入 到链表中。
void deleteAtIndex(int index) 如果下标有效,则删除链表中下标为 index 的节点。

来源:力扣(LeetCode)
链接:https://leetcode.cn/problems/design-linked-list
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  • 单向链表需要头哨兵节点,而双向连边需要首尾两个哨兵节点,方便操作
#include <stdio.h>
#include<vector>
#include<memory>
#include<iostream>
#include<algorithm>
using namespace std;
struct DLinkListNode {
    int val;
    DLinkListNode *prev, *next;
    DLinkListNode(int _val) : val(_val), prev(nullptr), next(nullptr) {}
};

class MyLinkedList {
public:
    MyLinkedList() {
        this->size = 0;
        this->head = new DLinkListNode(0);//首尾两个哨兵节点
        this->tail = new DLinkListNode(0);
        head->next = tail;
        tail->prev = head;
    }
    
    //  获取链表中下标为 index 的节点的值。如果下标无效,则返回 -1 
    int get(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            return -1;
        }
        DLinkListNode *curr;
        if (index + 1 < size - index) {//选择更近的方式
            curr = head;
            for (int i = 0; i <= index; i++) {
                curr = curr->next;
            }
        } else {
            curr = tail;
            for (int i = 0; i < size - index; i++) {
                curr = curr->prev;
            }
        }
        return curr->val;
    }
    //将一个值为 val 的节点插入到链表中第一个元素之前。
    //在插入完成后,新节点会成为链表的第一个节点。
    void addAtHead(int val) {
        addAtIndex(0, val);
    }
    // 将一个值为 val 的节点追加到链表中作为链表的最后一个元素。
    void addAtTail(int val) {
        addAtIndex(size, val);
    }
    //将一个值为 val 的节点插入到链表中下标为 index 的节点之前。
    void addAtIndex(int index, int val) {
        if (index > size) {
            return;
        }
        index = max(0, index);
        DLinkListNode *pred, *succ;
        if (index < size - index) {
            pred = head;
            for (int i = 0; i < index; i++) {
                pred = pred->next;
            }
            succ = pred->next;
        } else {
            succ = tail;
            for (int i = 0; i < size - index; i++) {
                succ = succ->prev;
            }
            pred = succ->prev;
        }
        size++;
        DLinkListNode *toAdd = new DLinkListNode(val);
        toAdd->prev = pred;
        toAdd->next = succ;
        pred->next = toAdd;
        succ->prev = toAdd;
    }
    //如果下标有效,则删除链表中下标为 index 的节点。
    void deleteAtIndex(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            return;
        }
        DLinkListNode *pred, *succ;
        if (index < size - index) {
            pred = head;
            for (int i = 0; i < index; i++) {
                pred = pred->next;//index等于0不执行这一句,相当于 head(pred)->0->succ
            }
            succ = pred->next->next;
        } else {
            succ = tail;
            for (int i = 0; i < size - index - 1; i++) {
                succ = succ->prev;
            }
            pred = succ->prev->prev;
        }
        size--;
        DLinkListNode *p = pred->next;
        pred->next = succ;
        succ->prev = pred;
        delete p;
    }
public:
    int size;
private:
    DLinkListNode *head;
    DLinkListNode *tail;
};



int main()
{
    MyLinkedList* obj = new MyLinkedList();
    obj->addAtHead(1);
    obj->addAtTail(2);
    obj->addAtIndex(0,3);
    
    while(obj->size >0){
        cout<<obj->get(0)<<"--->";
        obj->deleteAtIndex(0);
    }

    return 0;
}



### 707. 设计链表 #### 题目概述 LeetCode707题要求设计一个支持基本操作的链表类 `MyLinkedList`,这些操作包括获取指定位置的节点值、在头部或尾部添加节点以及删除特定索引处的节点等[^4]。 #### 数据结构选择 为了高效实现上述功能,可以采用 **双向链表** 并引入虚拟头节点和尾节点来简化边界条件处理。这种设计方式能够减少对特殊情况的判断逻辑,从而提高代码可读性和维护性[^1]。 以下是具体的数据结构定义: ```cpp struct ListNode { int val; ListNode* prev; ListNode* next; // 构造函数 ListNode(int v) : val(v), prev(nullptr), next(nullptr) {} }; ``` 这里我们定义了一个带有前驱指针 (`prev`) 和后继指针 (`next`)双向链表节点结构体 `ListNode`。每个节点除了存储数据外还保存了前后相邻节点的信息[^3]。 #### 类的设计与方法实现 ##### 成员变量 - 使用两个私有成员变量分别记录当前列表大小(`size`)及指向虚拟头节点的指针(`dummyHead`)。 ```cpp private: int size; // 当前链表中实际存在的节点数 ListNode* dummyHead; // 虚拟头节点 ``` ##### 方法实现 ###### 获取节点值 (get) 此方法用于访问链表中某个位置上的元素值。需要注意的是当输入索引超出范围时应返回 `-1` 表明查询失败。 ```cpp int get(int index) { if (index < 0 || index >= size) return -1; ListNode* cur = dummyHead->next; while (index--) { cur = cur->next; } return cur ? cur->val : -1; } ``` ###### 添加至头部 (addAtHead) 将新创建的一个节点放置于现有链表最前端的位置上,并更新相关联接关系。 ```cpp void addAtHead(int val) { ListNode* newNode = new ListNode(val); newNode->next = dummyHead->next; if(dummyHead->next != nullptr){ dummyHead->next->prev = newNode; } dummyHead->next = newNode; ++size; } ``` ###### 添加至尾部 (addAtTail) 类似于前面提到的操作只是方向相反而已——即把新增加进去的那个单元放到整个序列最后面去罢了! ```cpp void addAtTail(int val) { ListNode* newNode = new ListNode(val); ListNode* tail = dummyHead; while(tail -> next != nullptr){ tail = tail -> next ; } tail -> next = newNode ; newNode -> prev = tail ; ++size; } ``` ###### 插入到指定位置(addAtIndex) 根据给定下标决定是否执行插入动作;如果目标地址正好处于末端则相当于调用了上面介绍过的那个版本号为“tail”的重载形式下的同名成员函数;另外对于负数值的情况一律视作是在开头部分进行补充工作。 ```cpp void addAtIndex(int index, int val) { if(index > size) return; if(index < 0) index = 0; ListNode *cur = dummyHead; while(index--){ cur = cur->next; } ListNode *newNode = new ListNode(val); newNode->next = cur->next; newNode->prev = cur; if(cur->next != nullptr){ cur->next->prev = newNode; } cur->next = newNode; ++size; } ``` ###### 删除指定位置(deleteAtIndex) 找到对应序号之后断开连接并释放内存空间即可完成任务。 ```cpp void deleteAtIndex(int index) { if(index<0||index>=size)return; ListNode* cur=dummyHead; while(index--){ cur=cur->next; } ListNode* delnode=cur->next; cur->next=delnode->next; if(delnode->next!=nullptr){ delnode->next->prev=cur; } --size; delete delnode; } ``` #### 总结 以上便是基于C++语言环境下针对LeetCode第七百零七道习题所提供的解决方案之一。它采用了较为直观易懂的方式构建出了满足题目需求的功能模块集合体。当然除此之外还有许多其他可能更优美的写法等待着大家探索发现呢!
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