带头结点的单链表操作说明

一、单链表简介

相对于以数组为代表的“顺序表”而言，单链表虽然存储密度比较低（因为数据域才是我们真正需要的，指针域只是用来索引，我们并不真正需要它），但是却具有灵活分配存储空间、方便数据元素的删除、方便元素插入等优点

单链表是线性表链式存储的一种，其储存不连续。单链表的数据结构中包含两个变量：数据和指向下一结点的指针。一个结点只知道下一个结点的地址。一个单链表必须有一个头指针，指向单链表中的第一个结点。否则链表会在内存中丢失。

一般的链表可以不带头结点，头指针直接指向第一个节点，如下图：

但是这样的链表有一个很大的问题，就是元素插入与删除操作时，需要考虑是否要改动头指针，而改动指针如果反应在函数中，那么形参必须使用二重指针，既加大了编写程序的难度，而且还降低了可读性，容易出错，因此“带头结点的单链表”使用更方便，也就是头指针指向的节点不存放数据，只作为链表的开始，这样一来，针对第一个节点的操作和针对其他节点的操作就完全一样的，十分方便，如图所示：

二、带头结点的单链表各种操作

下面我们讨论一下带头结点的单链表的各种操作

1、链表数据结构的声明

using namespace std;
const int MAXSIZE = 1000;
template <class T>
struct Node
{
    T data;          //数据域
    Node *next;  //指针域
};

2、链表模板类的声明

template <class T>
class LinkList
{
    public:
        LinkList(){front = new Node<T>;} //the constructor function without arguments
        LinkList( T a[], int n);  //the constructor function initialized by array of n elements
        ~LinkList();
        int GetLength();     //get the length of the LIST
        void PrintList();    //print the element of the list    
        void Insert(int i,T x);// insert element x in the i-th location
        T Delete(int i);       //delete the i-th element and return its value
        Node<T> *Get(int i);          //get the address of i-th element
        int Locate(T x);        //find the element whose value is x and return its index
    private:
        Node<T>     *front;          //head pointer
};

3、用头插法建立新链表，也就是每次插入的新节点都在链表的头部，注释部分给出的是尾插法的实现方式

template <class T>
LinkList<T>::LinkList(T a[], int n)
{
    // insert element at the first location of the existing link list
    front  = new Node<T>;
    front->next = NULL;
    for(int i=n-1; i>=0; i--)
    {
        Node<T> *s = new Node<T>;
        s->data = a[i];
        s->next = front->next;
        front->next = s;
    }
    // insert element at the tail of the existing link list

    /*
        front =  new Node<T>;
    Node<T> *r = front;
    for(int i=0; i<n; i++)
    {
        Node<T> *s = new Node<T>;
        s->data = a[i];
        r->next = s;
        r=s;
    }
    r->next = NULL;
    */
}

4、打印链表

template <class T>
void LinkList<T>::PrintList()
{
    Node<T> *p = front;
    if(p->next==NULL)
      cout<<"link is enpty"<<endl;
    else
      {
          p = p->next;
          while(p)
          {
             cout<<p->data<<" ";
           p = p->next;    
        }
      }
}

5、插入节点

template <class T>
void LinkList<T>::Insert(int i,T x)
{
     Node<T> *p = front;
     if(i!= 1) p=Get(i-1);  // if not insert the elelment in the first location
     if(p)
     {
         Node<T> *s = new Node<T>;
         s->data = x;
         s->next = p->next;
         p->next = s;
     }
     else 
        cout<<"error!"<<endl;
}

6、删除节点

template <class T>
T LinkList<T>::Delete(int i)
{
    Node<T> *p = front;
    if(i!=1)  p = Get(i-1);
    Node<T> *q = p->next;
    p->next = q->next;
    T x = q->data;
    delete q;
    return x;
}

7、按位查找节点，返回第i个节点的地址

template <class T>
Node<T> *LinkList<T>::Get(int i)
{
    Node<T> *p = front->next;
    int j=1;
    while(p&&j!=i)
    {
        p = p->next;
        j++;
    }
    return p;
}

8、按值查找，返回给定值对应的节点的序号

template <class T>
int LinkList<T>::Locate(T x)
{
    
    Node<T> *p = front->next;
    int j=1;
    while(p)
    {
        if(p->data==x) return j;
        p = p->next;
        j++;
    }
    return -1;    //search fail
}

9、获取链表长度

template <class T>
int LinkList<T>::GetLength()
{
    Node<T> *p = front->next;
    int count=0;
    while(p)
    {
        p = p->next;
        count++;
    }
    return count;    //get the length of linklist
}

10、析构函数

template <class T>
LinkList<T>::~LinkList()
{
    Node<T> *p = front;
    while(p)
    {
        front = p;
        p = p->next;
    }
}

11、主函数（由于使用模板类实现，以上所有代码建议放入 .h头文件，主函数则放入.cpp文件  所有代码在dev c++环境中测试通过）

/*
线性表相关成员函数的实现 
*/
#include <iostream> 
#include <cmath>
#include <stdlib.h>
#include "linked_list.h"
using namespace std;
int  main()   
{
  int a[7] = {1,2,3,4,5,6,7};
  LinkList <int> list(a,7);
  list.PrintList();
  cout<<endl;
  cout<<list.Get(3)<<endl;
  Node<int> temp = *list.Get(3);
  cout<<temp.data<<endl;
  //cout<<*(list.Get(3))<<endl;
  cout<<list.GetLength()<<endl;
  list.Insert(3,11);
   cout<<list.GetLength()<<endl;
  list.PrintList();
  cout<<list.Locate(5)<<endl;
  int x = list.Delete(4); 
  cout<<"删除元素："<<x<<endl;
  list.PrintList();
  //int p = list.Locate(1000);
  //cout<<"元素4的位置:"<<p<<endl; 
  system("pause");
  return 0;
}