数据结构（2.单链表）

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一、链表内容简介

本篇文章主要介绍单链表，熟练掌握单链表之后，对循环链表、双向链表等稍加学习便能理解了。单链表也是数据结构的地基，直接影响到了后续对树、图等的学习。

链表其实就是线性表的链式存储结构，其特点如下：

逻辑相邻的元素，物理存储上不要求相邻

利用指针实现了元素逻辑相邻

每个元素除了存储本身数据外，还需存储其直接后继的地址

直接上代码，给出结点的存储表示和链表的封装：

//链表结点
template <class T>//类模板，T为任意数据类型
struct Node
{
	T data;//数据域
	Node<T>* next;//指针域，指向下一个元素
};

//链表的封装，创建一个模板类
template <class T>
class LinkList
{
private:
    Node<T>* head;//链表的头结点，在单链表第一个结点前附设的结点, 能简化链表增删查改等操作的实现。
    int m_length;//链表元素个数
};

下图直观地表示了链表：

二、单链表基本操作 

在此只介绍插入和删除操作，其它具体的操作参见文章最后的代码。

1.单链表的插入

假设在结点p后面插入新结点s，其操作如下图所示：

 主要操作是修改p和s的指针域，即s的指针域指向p的下一个元素，p的指针域指向s。此处必须得注意先执行s->next = p->next;再执行p->next = s;如果调换顺序的话会造成p的下一个结点丢失。

2.单链表的删除

假设删除结点p的后继结点，其操作如下图所示：

 不难发现，删除操作是将p的指针域指向p的后继元素的后继元素，即p->next = p->next->next;，但这样写会造成内存泄漏，删除之后我们应该释放被删除结点的空间，则应该用q结点保存p的后继元素，再执行p->next = q->next;操作，最后释放被删除结点即delete q。

3.具体代码

//链表结点
template <class T>//类模板，T为任意数据类型
struct Node
{
	T data;//数据域
	Node<T>* next;//指针域，指向下一个元素
};

//链表的封装，创建一个模板类
template<class T>
class LinkList
{
private:
	Node<T> *head;//链表头结点
    int m_length;//链表当前长度

public:
	//构造函数
	LinkList()
	{//初始化单链表，构造一个空表
		m_length = 0;//初始长度置0
		head = new Node<T>;//为头结点分配内存空间
		head->next = NULL;//头结点指针域置空
	}
	//析构函数
	~LinkList()
	{//销毁单链表
		Node<T> *p = head;
		while(head)
		{
			head = p->next;
			delete p;
			p = head;
		}
	}
    //返回链表长度
	int getLength()
	{
		return m_length;
	}
	//遍历单链表，在此做简单打印操作
	void print()
	{
		Node<T> *p = head->next;
		while(p)
		{
			cout << p->data << "->";
			p = p->next;
		}
		cout << endl;
	}
	//单链表的取值
	void getElem(int i, T &e)
	{//根据序号i获取元素的值，保存到e中
		//p指向首元结点，计数器j赋值为0
		Node<T> *p = head->next;
		int j = 1;
		//顺序向后扫描，直到p为空或p指向第i个元素退出循环
		while(p && j < i)
		{
			p = p->next;
			j++;
		}
		//判断i值是否合法
		if(!p || j > i)	//i>n或者i<1非法
		{
			 cout << "LinkList::getElem()调用失败，获取值位置不合法。" << endl;
			 exit(-1);
		}
		e = p->data;//取值
	}
	//单链表的按值查找，返回结点地址，若不存在则返回空指针
	Node<T>* locateElem(T e)
	{
		Node<T> *p = head->next;
		while(p && p->data != e)
		{
			p = p->next;
		}
		return p;
	}
	//单链表的插入，在第i个位置插入值为e的新结点
	void insertElem(int i, T e)
	{
		Node<T> *p = head;//p指向头结点
		int j = 0;//计数器赋初值为0
		while(p && j < i - 1)//循环结束后p的后面即为插入位置
		{
			p = p->next;
			j++;
		}
		if(!p || j > i - 1)//i>n+1或者i<1位置非法
		{
			cout << "LinkList::insertElem()调用失败，插入位置不合法。" << endl;
			exit(-1);
		}
		Node<T> *s = new Node<T>;//申请新结点s
		s->data = e;//将传入的e赋值给s的数据域
		s->next = p->next;//s的指针域指向p的后继元素
		p->next = s;//p的指针域指向s
		m_length++;//长度加1
	}
	//单链表的删除，删除第i个位置的元素
	void deleteElem(int i)
	{
		Node<T> *p = head;
		int j = 0;
		while(p->next && j < i - 1)//循环结束后p的后继元素即为待删除结点
		{
			p = p->next;
			j++;
		}
		if(!(p->next) || j > i - 1)//i>n或者i<1时位置非法
		{
			cout << "LinkList::deleteElem()调用失败，删除值位置不合法。" << endl;
			exit(-1);
		}
		Node<T> *q = p->next;//q指向待删除结点
		p->next = q->next;//修改指针便删除了该结点
		delete q;//释放空间
		m_length--;//长度减1
	}
	//使用头插法插入n个元素建立单链表
	void create_H(int n)
	{
		Node<T> *p;
		head->next = NULL;
		for(int i = 0; i < n; i++)
		{
			p = new Node<T>;
			cin >> p->data;
			p->next = head->next;
			head->next = p;
		}
	}
	//使用尾插法插入n个元素创建单链表
	void create_R(int n)
	{
		head->next = NULL;
		Node<T> *p, *r;
		r = head;
		for(int i = 0; i < n; i++)
		{
			p = new Node<T>;
			cin >> p->data;
			p->next = NULL;
			r->next = p;
			r = p;////r始终指向链表中最后一个元素
		}
	}
};