24 单链表的遍历与优化

原文：https://www.cnblogs.com/wanmeishenghuo/p/9650726.html 参考狄泰软件相关教程

问题：

如何遍历单链表中的每一个元素？

示例：

 在头部插入元素时，时间复杂度是O(n)。 获取元素时，时间复杂度是O(n*n)，因为内层定位位置时有一个O(n)复杂度。

从理论上来说遍历一个单链表，只需要线性的时间就够了。

设计思路：

提供一组相关的遍历函数，遍历时使用这些函数来操作：

 

move函数的i参数为目标位置，step参数为每次移动的节点数。

end用来判断当前的游标是否到达了单链表的尾部。

current返回当前游标指向的数据元素。

next移动游标，移动的次数根据move中的step的值来决定。

遍历时，这四个函数必须配合使用才能得到最大效率。

 改进LinkList.h文件中的函数：

#ifndef LINKLIST_H
#define LINKLIST_H

#include "List.h"
#include "Exception.h"

namespace DTLib
{

template < typename T >
class LinkList : public List<T>
{
protected:
    struct Node : public Object
    {
        T value;
        Node* next;
    };

    mutable struct : public Object
    {
        char reserved[sizeof(T)];
        Node* next;
    }m_header;

    int m_length;
    int m_step;
    Node* m_current;

    Node* position(int i) const    //  O(n)
    {
        Node* ret = reinterpret_cast<Node*>(&m_header);

        for(int p = 0; p < i; p++)
        {
            ret = ret->next;
        }

        return ret;
    }
public:
    LinkList()
    {
        m_header.next = NULL;
        m_length = 0;
        m_step = 1;
        m_current = NULL;
    }

    bool insert(const T& e)
    {
        return insert(m_length, e);
    }

    bool insert(int i, const T& e)   // O(n)
    {
        bool ret = ((0 <= i) && (i <= m_length));

        if( ret )
        {
            Node* node = new Node();

            if( node != NULL )
            {
                Node* current = position(i);

                node->value = e;
                node->next = current->next;
                current->next = node;

                m_length++;
            }
            else
            {
                THROW_EXCEPTION(NoEnoughMemoryException, "No memery to insert new element...");
            }
        }

        return ret;
    }

    bool remove(int i)   // O(n)
    {
        bool ret = ((0 <= i) && (i < m_length));

        if( ret )
        {
            Node* current = position(i);

            Node* toDel = current->next;

            current->next = toDel->next;

            delete toDel;

            m_length--;
        }

        return ret;
    }

    bool set(int i, const T& e)   //  O(n)
    {
        bool ret = ((0 <= i) && (i < m_length));

        if( ret )
        {
            position(i)->next->value = e;
        }

        return ret;
    }

    T get(int i) const
    {
        T ret;

        if( get(i, ret) )
        {
            return ret;
        }
        else
        {
            THROW_EXCEPTION(IndexOutOfBoundsException, "Invalid parameter i to get element ...");
        }

        return ret;
    }

    bool get(int i, T& e) const    // O(n)
    {
        bool ret = ((0 <= i) && (i < m_length));

        if( ret )
        {
            e = position(i)->next->value;
        }

        return ret;
    }

    int find(const T& e) const    //  O(n)
    {
        int ret = -1;
        int i = 0;

        Node* node = m_header.next;

        while( node )
        {
            if( node->value == e )
            {
                ret = i;
                break;
            }
            else
            {
                node = node->next;
                i++;
            }
        }

        return ret;
    }

    int length() const   // O(1)
    {
        return m_length;
    }

    void clear()    //  O(n)
    {
        while( m_header.next )
        {
            Node* toDel = m_header.next;

            m_header.next = toDel->next;

            delete toDel;
        }

        m_length = 0;
    }

    bool move(int i, int step = 1)
    {
        bool ret = (0 <= i) && (i < m_length) && (step > 0);

        if( ret )
        {
            m_current = position(i)->next;
            m_step = step;
        }

        return ret;
    }

    bool end()
    {
        return (m_current == NULL);
    }

    T current()
    {
        if( !end() )
        {
            return m_current->value;
        }
        else
        {
            THROW_EXCEPTION(InvalidOperationException, "No value at current position ...");
        }
    }

    bool next()   //每次移动step步
    {
        int i = 0;

        while((i < m_step) && !end())
        {
            m_current = m_current->next;
            i++;
        }

        return (i == m_step);
    }

    ~LinkList()   //  O(n)
    {
        clear();
    }
};

}

#endif // LINKLIST_H

第27、28行我们添加了两个成员变量，第185-226行添加了遍历需要的函数。

测试程序如下：

#include <iostream>
#include "LinkList.h"


using namespace std;
using namespace DTLib;


int main()
{
    LinkList<int> list;

    for(int i = 0; i<5; i++)
    {
        list.insert(0,i);
    }

    //遍历时必须先调用move函数
    for(list.move(0); !list.end(); list.next())
    {
        cout << list.current() << endl;
    }

    return 0;
}

遍历list时必须先调用move函数，指定位置和步进值step，step是给next函数用的，例如：step为5，则每次调用next函数就会向后移动5个元素。

结果如下：

这时的遍历操作时间复杂度是O(n)。

步进值为2时，结果如下：

单链表内部封装：

程序改进：

#ifndef LINKLIST_H
#define LINKLIST_H

#include "List.h"
#include "Exception.h"

namespace DTLib
{

template < typename T >
class LinkList : public List<T>
{
protected:
    struct Node : public Object
    {
        T value;
        Node* next;
    };

    mutable struct : public Object
    {
        char reserved[sizeof(T)];
        Node* next;
    }m_header;

    int m_length;
    int m_step;
    Node* m_current;

    Node* position(int i) const    //  O(n)
    {
        Node* ret = reinterpret_cast<Node*>(&m_header);

        for(int p = 0; p < i; p++)
        {
            ret = ret->next;
        }

        return ret;
    }

    virtual Node* create()
    {
        return new Node();
    }

    virtual void destroy(Node* pn)
    {
        delete pn;
    }

public:
    LinkList()
    {
        m_header.next = NULL;
        m_length = 0;
        m_step = 1;
        m_current = NULL;
    }

    bool insert(const T& e)
    {
        return insert(m_length, e);
    }

    bool insert(int i, const T& e)   // O(n)
    {
        bool ret = ((0 <= i) && (i <= m_length));

        if( ret )
        {
            Node* node = create();

            if( node != NULL )
            {
                Node* current = position(i);

                node->value = e;
                node->next = current->next;
                current->next = node;

                m_length++;
            }
            else
            {
                THROW_EXCEPTION(NoEnoughMemoryException, "No memery to insert new element...");
            }
        }

        return ret;
    }

    bool remove(int i)   // O(n)
    {
        bool ret = ((0 <= i) && (i < m_length));

        if( ret )
        {
            Node* current = position(i);

            Node* toDel = current->next;

            current->next = toDel->next;

            destroy(toDel);

            m_length--;
        }

        return ret;
    }

    bool set(int i, const T& e)   //  O(n)
    {
        bool ret = ((0 <= i) && (i < m_length));

        if( ret )
        {
            position(i)->next->value = e;
        }

        return ret;
    }

    T get(int i) const
    {
        T ret;

        if( get(i, ret) )
        {
            return ret;
        }
        else
        {
            THROW_EXCEPTION(IndexOutOfBoundsException, "Invalid parameter i to get element ...");
        }

        return ret;
    }

    bool get(int i, T& e) const    // O(n)
    {
        bool ret = ((0 <= i) && (i < m_length));

        if( ret )
        {
            e = position(i)->next->value;
        }

        return ret;
    }

    int find(const T& e) const    //  O(n)
    {
        int ret = -1;
        int i = 0;

        Node* node = m_header.next;

        while( node )
        {
            if( node->value == e )
            {
                ret = i;
                break;
            }
            else
            {
                node = node->next;
                i++;
            }
        }

        return ret;
    }

    int length() const   // O(1)
    {
        return m_length;
    }

    void clear()    //  O(n)
    {
        while( m_header.next )
        {
            Node* toDel = m_header.next;

            m_header.next = toDel->next;

            destroy(toDel);
        }

        m_length = 0;
    }

    bool move(int i, int step = 1)
    {
        bool ret = (0 <= i) && (i < m_length) && (step > 0);

        if( ret )
        {
            m_current = position(i)->next;
            m_step = step;
        }

        return ret;
    }

    bool end()
    {
        return (m_current == NULL);
    }

    T current()
    {
        if( !end() )
        {
            return m_current->value;
        }
        else
        {
            THROW_EXCEPTION(InvalidOperationException, "No value at current position ...");
        }
    }

    bool next()   //每次移动step步
    {
        int i = 0;

        while((i < m_step) && !end())
        {
            m_current = m_current->next;
            i++;
        }

        return (i == m_step);
    }

    ~LinkList()   //  O(n)
    {
        clear();
    }
};

}

#endif // LINKLIST_H

调用new生成Node的地方我们全换成了create函数，调用delete销毁Node的地方我们全换成了destroy函数。

问题：

封装这两个函数的意义是什么？

小结：