C++图解单向链表类模板和iterator迭代器类模版详解

链表用来构建许多其它数据结构，如堆栈，队列和他们的派生。

对于非线性的链表，可以参见相关的其他数据结构，例如二叉树、图等。

1.链表介绍

常见的线性链表分为三种

单链表: 每个结点都含有指向其后继结点的地址信息

双向链表: 每个结点都有指向其前驱结点和后继结点的地址信息

循环双向链表: 在双向链表的基础上,将数据结点头的前驱信息保存数据结点尾部地址,数据结点尾部的后驱信息保存数据结点头地址、

链表中包含的关键词如下所示:

• 链表头: 也就是head指针, 每次访问链表时都可以从这个头指针依次遍历链表中的每个元素
• 头结点: 数据内容无效,指向数据结点
• 数据结点: 存储数据元素的结点
• 尾结点：数据内容无效,位于数据结点尾部,标志最后一个结点

对于链表而言,链表头必须存在。而头结点和尾结点在有些链表中是不存在的,但是拥有头结点会有很大的好处

拥有头结点的好处:

每次插入删除时,无需判断是否为第一个结点(对于无头结点的链表,每次都要判断如果是第一个结点,需要将前驱信息设置为链表头,并且将链表头的后继信息设置为第一个结点)

如果是双向循环链表(下章实现),我们可以通过头结点的前驱节点轻松获取到最后一个数据结点,从而实现append函数进行尾部插入结点,无需每次遍历链表至末尾再插入结点.

1.1 单链表插入某个节点流程

如下图所示:

从头结点开始遍历,通过要插入的索引号-1找到pre指针后,代码如下所示:

1.2 单链表删除某个节点流程

如下图所示:

从头结点开始遍历,通过要删除的索引号-1找到current指针的前一个结点pre后,代码如下所示:

1.3 单链表清除所有节点流程

代码如下所示:

2.实现单链表

需要实现的函数:

int length() : 获取链表数据长度

void clear() : 清空链表所有数据

node* getnode(int i): 获取i处的节点

bool insert(int i, const t& value) : 在索引号i处插入一个新的数据

bool remove(int i) : 删除链表中索引号i所在的数据

t get(int i): 获取i处的数据

bool set(int i, const t& value): 设置i处的数据

void append(const t &value) ：在链表尾部追加一个新的数据

void prepend(const t &value) : 在链表头部插入一个新的数据

void clear() : 清空链表内容

linkedlist& operator << (const t& value):  重写<<操作符,方便尾部追加数据

int indexof(const t &value, int from =0) : 在链表中向前查找value所在的索引号.默认从from索引号0(表头)开始.如果未找到则返回-1.

2.1indexof()函数示例如下所示:

打印效果如下所示:

本章singlelinkedlist.h的整个代码实现如下所示(包含迭代器类):

测试代码如下所示:

运行打印:

3.实现一个迭代器来优化链表遍历

迭代器（iterator）有时又称光标（cursor）是程序设计的软件设计模式，可在容器对象（container，例如链表或数组）上遍访的接口，设计人员无需关心容器对象的内存分配的实现细节。

3.1 为什么要实现一个迭代器?

比如我们刚刚写的遍历链表代码:

每次for循环调用链表的get时,都会重复去遍历链表,所以遍历一个链表需要的时间复杂度为o(n^2),所以我们需要实现迭代器来优化链表遍历

迭代器需要实现以下几个函数:

• bool hasnext(): 是否有下个节点
• t &next(): 移动光标到下一个节点,并返回之前的值
• t &value(): 获取当前光标的节点数据
• void tobegin(): 将迭代器的光标定位到开头位置
• t& move(int i): 将迭代器当前光标定位到i位置处,并返回当前位置的值

迭代器类实现如下所示:

示例代码如下所示:

打印如下所示:

总结

本篇文章就到这里了，希望能够给你带来帮助，也希望您能够多多关注的更多内容!