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C++数据结构（链表和list）

news 2025/10/30 10:05:09

链表的定义

链表：用链式存储实现的线性表。

链式存储：在内存中,不仅存储当前元素的信息，还存储前继或后继结点的地址。通过地址实现元素与元素之间的关系。

单链表、带头链表（头结点链表）、双向链表、循环链表的基础定义

1. 单链表（Singly Linked List）

定义：每个节点包含数据域和一个指向后继节点的指针，最后一个节点的指针为nullptr。特点：只能从表头向表尾遍历，插入 / 删除需修改前驱节点的指针。

// 节点结构
template <typename T>
struct SinglyNode {T data;               // 数据域SinglyNode<T>* next;  // 指向后继节点的指针// 构造函数SinglyNode(const T& val) : data(val), next(nullptr) {}
};// 单链表类（不带头节点）
template <typename T>
class SinglyLinkedList {
private:SinglyNode<T>* head;  // 头指针（指向第一个节点）
public:SinglyLinkedList() : head(nullptr) {}// 其他成员函数（插入、删除、遍历等）
};

2. 带头链表（头结点链表，Singly Linked List with Head Node）

定义：在单链表的基础上增加一个头结点（不存储实际数据），头指针指向头结点，头结点的next指向第一个实际节点。特点：统一空表和非空表的操作逻辑（无需特殊处理头指针），简化插入 / 删除代码。

// 节点结构（同单链表）
template <typename T>
struct HeadNode {T data;               // 头结点可闲置或存长度等信息HeadNode<T>* next;HeadNode() : next(nullptr) {}  // 头结点默认构造
};// 带头链表类
template <typename T>
class HeadLinkedList {
private:HeadNode<T>* head;  // 头指针（指向头结点）
public:HeadLinkedList() {head = new HeadNode<T>();  // 初始化头结点}// 其他成员函数
};

3. 双向链表（Doubly Linked List）

定义：每个节点包含数据域、指向后继节点的指针（next）和指向前驱节点的指针（prev）。特点：可双向遍历，插入 / 删除时需同时修改前驱和后继的指针，但操作更灵活。

// 节点结构
template <typename T>
struct DoublyNode {T data;                // 数据域DoublyNode<T>* prev;   // 指向前驱节点DoublyNode<T>* next;   // 指向后继节点DoublyNode(const T& val) : data(val), prev(nullptr), next(nullptr) {}
};// 双向链表类（可带头结点，此处示例带头结点）
template <typename T>
class DoublyLinkedList {
private:DoublyNode<T>* head;  // 头指针（指向头结点）
public:DoublyLinkedList() {head = new DoublyNode<T>(T());  // 头结点head->prev = head->next = head;  // 若为循环双向链表则指向自身}// 其他成员函数
};

4. 循环链表（Circular Linked List）

定义：最后一个节点的指针不指向nullptr，而是指向表头（单循环）或头结点（带头循环），形成闭环。双向循环链表中，头结点的prev指向尾节点。特点：可从任意节点遍历整个链表，适合实现环形队列等场景。

（1）单循环链表（带头结点）

template <typename T>
struct CircSinglyNode {T data;CircSinglyNode<T>* next;CircSinglyNode(const T& val) : data(val), next(nullptr) {}
};template <typename T>
class CircSinglyLinkedList {
private:CircSinglyNode<T>* head;  // 头结点
public:CircSinglyLinkedList() {head = new CircSinglyNode<T>(T());head->next = head;  // 头结点next指向自身（空表）}// 插入节点后，尾节点next需指向head
};

（2）双向循环链表（带头结点）

// 节点结构同双向链表的DoublyNode
template <typename T>
class CircDoublyLinkedList {
private:DoublyNode<T>* head;
public:CircDoublyLinkedList() {head = new DoublyNode<T>(T());head->prev = head;  // 头结点prev指向自身head->next = head;  // 头结点next指向自身}// 尾节点next指向head，head->prev指向尾节点
};

核心区别总结

类型	指针方向	尾节点指针	核心优势
单链表	单向（next）	nullptr	结构简单，内存开销小
带头链表	单向（next）	nullptr	统一操作逻辑，简化代码
双向链表	双向（prev+next）	nullptr	双向遍历，插入删除更灵活
循环链表	单向 / 双向	指向表头 / 头结点	环形遍历，适合循环场景