链表初级运用—利用链表反向输出数组（C++）

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已于 2024-10-31 21:54:46 修改

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分类专栏： C++ 基础入门知识文章标签：链表 c++ 数据结构

于 2024-10-02 19:31:21 首次发布

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链表的定义

链表是一种常见的数据结构，由一系列节点（Node）组成，每个节点包含两个部分：数据域（Data Field）和指针域（Pointer Field 或 Link Field）。数据域用于存储节点的数据，而指针域用于存储指向下一个节点的引用（即地址或链接）。链表通过指针将这些节点连接起来，从而形成一个序列。
常见的链表有单向链表（Singly Linked List）、双向链表（Doubly Linked List）、循环链表（Circular Linked List）等，我们今天练习的是双向链表。

注：黑色箭头指向下一个节点，红色箭头反之：

双向链表

特性

双向链表

每个节点包含两个指针，一个指向下一个节点，另一个指向前一个节点。
允许从任意节点向前或向后遍历。

指针
指针是编程语言中的一种数据类型，它存储了内存中的一个地址，这个地址指向另一个变量的值。换句话说，指针是一个变量，其内容是另一个变量的内存地址，而不是数据值本身。通过使用指针，程序可以直接访问和操作内存。

指针类型：指针变量有一个类型，这个类型指明了它所指向的数据的类型。例如，一个指向整数的指针类型在C语言中表示为int*。
指针变量：指针本身是一个变量，它存储了一个地址值。这个地址值是指向另一个变量的内存地址。
解引用：通过指针可以访问它所指向的变量的值。这个过程通常称为解引用或间接访问。在C语言中，解引用是通过在指针变量前加上星号（*）来实现的。
地址运算：指针可以进行一些特殊的运算，比如加法、减法和比较运算。这些运算通常基于指针所指向的数据类型的大小来进行。
空指针：一个指针变量可以被赋值为NULL（在C和C++中）或nullptr（在C++11及以后版本中），以表示它不指向任何有效的内存地址。
野指针：一个未初始化或已被释放但仍被使用的指针被称为野指针。野指针的使用是危险的，因为它们可能指向无效的内存地址，导致程序崩溃或不可预测的行为。
多级指针：一个指针可以指向另一个指针，从而形成多级指针。多级指针在处理复杂的数据结构或进行底层内存管理时非常有用。

思路描述

目标反向输出数组，即链表需要有指向上一个节点的指针，然后从最后一个节点不断往上循环，访问并输出节点中的值，直到达到链表的头节点。下面，我将逐步讲解这个思路。

代码实现

既然是写代码，头文件和main函数自然是不能少的：
这里使用的#include<bits/stdc++.h>头文件是C++的“万能头文件”，万能头文件省去了引用其他各种头文件的烦恼，一般编程软件都会有此头文件，如果没有可以尝试手动添加。

#include<bits/stdc++.h>
#define int long long // 宏命令，可省略
using namespace std;

signed main(){ // 因为将int定义为“long long”，mian函数返回值类型要改变

}

不过，写链表还要在中间插入一个结构体，话不多说，直接上：
结构体可以理解为链表的单个节点的“变量类型”。不过要注意，结构体和函数不一样，在大括号{ }之后要加分号;。

#include<bits/stdc++.h> // C++万能头文件
#define int long long // 宏命令，可省略
using namespace std;

struct l{ // struct是结构体的关键字，l是结构体的名称（类似变量名）
	int n; // 链表中存储数据的变量
	l *shang; // 指向上一个节点的指针
	l *xia; // 指向下一个节点的指针
};

signed main(){ // 因为将int定义为“long long”，mian函数返回值类型要改变
	
}

接着是输入数据，处理指针的时候，过程比较复杂，尽量理解吧
注意：用指针访问结构体变量时要用->，名称访问结构体变量用点.即可

int n;
cin >> n;
l *lian1 = new l; // 定义新指针，指向的结构体作为链表的第一个节点
cin >> lian1 -> n; // 输入第一个节点的数据
for(int i = 0; i < n - 1; ++i){
	l *lian2 = new l; // 定义新指针，指向链表的下一个节点
	cin >> lian2 -> n; // 输入数据
	lian2 -> shang = lian1; // 赋值下一个节点指向上一个节点的指针
	lian1 -> xia = lian2; // 赋值上一个节点指向下一个节点的指针
	lian1 = lian2; // 更换节点
}

此时可以发现，最开始定义的指针lian1是链表的倒数第一个节点，可以用箭头->访问数据输出，上代码：
记得输出空格

while(lian1 != NULL){
	cout << lian1 -> n <<" "; // 输出
	lian1 = lian -> shang; // 指向上一个节点
}

OVER！！！

最后，放完整代码：

#include<bits/stdc++.h> // C++万能头文件
#define int long long // 宏命令，可省略
using namespace std;

struct l{ // struct是结构体的关键字，l是结构体的名称（类似变量名）
	int n; // 链表中存储数据的变量
	l *shang; // 指向上一个节点的指针
	l *xia; // 指向下一个节点的指针
};

signed main(){ // 因为将int定义为“long long”，mian函数返回值类型要改变
	int n;
	cin >> n; // 输入数组个数
	l *lian1 = new l; // 定义新指针，指向的结构体作为链表的第一个节点
	cin >> lian1 -> n; // 输入第一个节点的数据
	for(int i = 0; i < n - 1; ++i){ // 循环输入数据
		l *lian2 = new l; // 定义新指针，指向链表的下一个节点
		cin >> lian2 -> n; // 输入数据
		lian2 -> shang = lian1; // 赋值下一个节点指向上一个节点的指针
		lian1 -> xia = lian2; // 赋值上一个节点指向下一个节点的指针
		lian1 = lian2; // 更换节点
	}
	while(lian1 != NULL){
		cout << lian1 -> n <<" "; // 输出
		lian1 = lian1 -> shang; // 指向上一个节点
	}
}

是的，链表的初级运用就这么水灵灵的学完了，来看看数据测试
自测：

输入：
10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

输出：
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

测试数据

内存管理

注意，上面的代码示例中并没有包含内存释放的部分。在实际应用中，当链表不再需要时，我们应该释放其占用的内存，以避免内存泄漏。这通常是通过递归地删除每个节点来实现的。不过，通常在确保内存足够的前提下，并不要求一定要释放内存，释放只是对代码的优化。

总结

通过以上步骤，我们成功地利用链表反向输出了数组，也对双向链表有了一定的了解。这个过程涉及链表的创建、遍历等的基本操作，是学习和理解数据结构的重要一环。