链表的基本操作

2013-08-17 16:26:51

再次写链表的基本操作，包括前插法创建链表、链表的插入、删除、排序、翻转、显示、销毁。

此次写的链表时带有头指针的，是否有头指针，对于链表的各个操作都会有影响，与之前写的不带头指针的链表相比，确实方便很多，不易出错。

小结：

1. 对于带有头结点的链表，空链表（pHead->next= NULL）与头指针为NULL的链表(pHead = NULL)是不同的，后者是非法的链表，要当做异常处理；
2. 函数入口对于异常输入的处理，比如下面代码中多个函数中的assert(pHead != NULL);排除了链表头结点为空的异常情况；
3. 函数对于特殊输入的处理，比如插入、删除的位置大于链表长度，以及链表为空的处理；链表翻转时链表长度为空或1时直接返回即可；在函数开始时最好就对这些特殊的输入进行处理，以免遗漏；注意插入、删除的是第一个以及最后一个的情况
4. 存放插入、删除的位置、链表长度的变量为size_t类型的，排除了非法的负数的情况，但也要注意这种做法带来的副作用，就是对于size_t类型的变量0-1的结果为最大的正数，而非负数，判断循环结束时，应注意到这个问题。
5. 输入ctrl+z结束键盘输入后，要想再次从键盘接收输入，必须用cin.clear();  cin.sync();清楚流，否则不能接收输入

下面是完整的代码（包括测试）：

#include <iostream>
#include <cassert>
using namespace std;

typedef int DataType;  //链表元素类型

typedef struct node    //链表结点
{
    DataType data;
    node *next;

}LNode,*PLNode;

//创建带有头结点的链表
//输入ctrl+z结束
//有无头结点将会影响到对链表的所有操作，包括显示链表元素、插入、删除、销毁等
PLNode CreatLink()
{
    PLNode pHead = new LNode;  //注意delete
    PLNode pPre = pHead;
    PLNode pCur = NULL;
    pHead->data = 0;        //空头
    pHead->next = pCur;

    DataType dataTmp = 0;

    cout<<"Please enter the elements of the link  ,separate with space,and end with ctrl+z :"<<endl;
    while (cin>>dataTmp)
    {
        pCur = new LNode;
        pCur->data = dataTmp;
        pCur->next = NULL;

        pPre->next = pCur;
        pPre = pCur;
    }

    return pHead;
}

//创建不带头结点的链表
//输入ctrl+z结束
PLNode CreatLinkWithNonNullHead()
{
    PLNode pHead = NULL;  //delete
    PLNode pPre = NULL;
    PLNode pCur = NULL;
    
    DataType dataTmp = 0;

    cout<<"Please enter the elements of the link  ,separate with space,and end with ctrl+z :"<<endl;
    while (cin>>dataTmp)
    {
        pCur = new LNode;
        pCur->data = dataTmp;
        pCur->next = NULL;

        if (NULL == pHead)   //对头的特别处理
        {
            pHead = pCur;
            pPre = pCur;
        }
        else
        {
            pPre->next = pCur;
        }
        pPre = pCur;
    }
    return pHead;
}

//对头结点为pHead的链表，在位置posToInsert处插入元素dataToInsert
//posToInsert定义为size_t类型，排除了位置为负数的异常输入
//注意对输入位置超过链表长度的处理
PLNode InsertLink(PLNode &pHead,size_t posToInsert,const DataType dataToInsert)
{
    assert(pHead != NULL);

    PLNode pCur = pHead;
    PLNode pNew = new LNode;
    pNew->data = dataToInsert;
    pNew->next = NULL;

    while (posToInsert--)
    {
        //assert(pCur != NULL);  //保证不超过链表长度
        pCur = pCur->next;
        assert(pCur != NULL);  //保证不超过链表长度，放在前面当posToInsert减到0时会出错
    }

    pNew->next = pCur->next;
    pCur->next = pNew;

    return pHead;
}

//删除结点指针指向的元素，未测试
PLNode InsertLinkAtNode(PLNode &pHead,const PLNode pPosToInsert,const DataType dataToInsert)
{
    assert(pHead != NULL);

    PLNode pCur = pHead;
    PLNode pNew = new LNode;
    pNew->data = dataToInsert;
    pNew->next = NULL;

    while (pCur != pPosToInsert)
    {
        assert(pCur != NULL);  //保证不超过链表长度
        pCur = pCur->next;
    }

    pNew->next = pCur->next;
    pCur->next = pNew;

    return pHead;
}

//对头结点为pHead的链表，在位置posToInsert处插入元素dataToInsert
//posToInsert定义为size_t类型，排除了位置为负数的异常输入
//注意对输入位置超过链表长度的处理
PLNode DeleteLink(PLNode &pHead,size_t posToDelete)
{
    assert(pHead != NULL);

    if (0 == posToDelete)
    {
        return pHead;
    }

    PLNode pCur = pHead;
    PLNode pNodeToDelete = NULL;
    size_t posPriorToDelete = posToDelete - 1;

    while (posPriorToDelete--)
    {
        pCur = pCur->next;
        assert(pCur != NULL);  //保证不超过链表长度，放在前面当posToInsert减到0时会出错
    }

    pNodeToDelete = pCur->next;
    assert(pNodeToDelete != NULL);  ////保证不超过链表长度
    pCur->next = pNodeToDelete->next;
    delete pNodeToDelete;
    return pHead;
}

//获取链表长度
size_t GetLengthOfLink(PLNode pHead)
{
    assert(NULL != pHead);

    size_t lengthOfLink = 0;
    PLNode pCur = pHead;

    while (NULL != pCur->next)
    {
        ++lengthOfLink;
        pCur = pCur->next;
    }

    return lengthOfLink;
}

//冒泡法最链表元素排序
PLNode BubbleSortLink(PLNode &pHead)
{
    assert(NULL != pHead);
    
    PLNode pCur = pHead->next;
    
    size_t lengthOfLink = GetLengthOfLink(pHead);  
    size_t tmp = 0;
    int i = (int)lengthOfLink; //定义为int型，在lengthOfLink为0时，lengthOfLink--为-1
    int j = 0;

    while (i-- > 1)
    {
        pCur = pHead->next;  //每次都指向第一个结点
        j = i;
        /*while (j--)*/
        while (j-- > 0)
        {
            if (pCur->data > pCur->next->data)
            {
                tmp = pCur->data;
                pCur->data = pCur->next->data;
                pCur->next->data = tmp;
            }

            pCur = pCur->next;
        }
    }
    return pHead;
}

//链表元素翻转
PLNode ReverseLink(PLNode &pHead)
{
    assert(NULL != pHead);

    if (NULL == pHead->next || NULL == pHead->next->next)  //短路求值的特性保证pHead->next->next不会因为pHead->next == NULL而非法操作
    {
        return pHead;
    }
    
    PLNode pPre = pHead->next;  //上面的if保证此处的访问都是合法的
    PLNode pCur = pPre->next;
    PLNode pNxt = NULL;

    pPre->next = NULL;  //此时pPre为翻转后链表的最后一个结点，将next置为NULL

    while (pCur != NULL)
    {
        pNxt = pCur->next;
        pCur->next = pPre;  //指正方向翻转

        pPre = pCur;
        pCur = pNxt;
    }

    //pHead = pPre;
    pHead->next = pPre;
    return pHead;
}

//显示有头结点的链表的元素
void Displaylink(const PLNode &pHead)
{
    assert(pHead != NULL);
    PLNode pCur = pHead->next;
    while (pCur != NULL)
    {
        cout<<pCur->data<<"	";
        pCur = pCur->next;
    }
    cout<<endl;
}

//显示没有头结点的链表的元素
void DisplaylinkWithNonNullHead(const PLNode &pHead)
{
    PLNode pCur = pHead;
    while (pCur != NULL)
    {
        cout<<pCur->data<<"	";
        pCur = pCur->next;
    }
    cout<<endl;
}

//带有头结点的链表的销毁
void Destorylink(PLNode &pHead)
{
    assert(pHead != NULL);
    PLNode pCur = pHead->next;
    while (pCur != NULL)
    {
        delete pHead;    //删除头结点
        pHead = pCur;
        pCur = pCur->next;
    }
}

//测试链表操作
//除了作为比较的建立链表操作，链表的所有操作都基于带有头结点的链表
//因为带有头结点的链表在各种操作上都会比较方便
void Testlink()
{
    PLNode pHead = NULL;

    //Test CreatLinkWithNullHead...
    cout<<"Test CreatLink..."<<endl;
    pHead = CreatLink();
    cout<<"display the link created by CreatLink : "<<endl;
    Displaylink(pHead);
    
    cin.clear();  //清除流状态
    cin.sync();

    //Test InsertLink...
    /*size_t posToInsert = 0;
    DataType dataToInsert = 0;

    cout<<"Please enter the position and the data to insert,end with ctrl+z :"<<endl;
    while (cin>>posToInsert>>dataToInsert)
    {
        cout<<"The link before insertion : "<<endl;
        Displaylink(pHead);

        pHead = InsertLink(pHead,posToInsert,dataToInsert);

        cout<<"The link after insertion : "<<endl;
        Displaylink(pHead);

        cout<<"Please enter the position to insert,end with ctrl+z :"<<endl;
    }
    cin.clear();  //清除流状态
    cin.sync();*/

    //Test DeleteLink...
    //size_t posToDelete = 0;
    //
    //cout<<"Please enter the position to delete,end with ctrl+z :"<<endl;
    //while (cin>>posToDelete)
    //{
    //    cout<<"The link before insertion : "<<endl;
    //    Displaylink(pHead);

    //    pHead = DeleteLink(pHead,posToDelete);

    //    cout<<"The link after delete : "<<endl;
    //    Displaylink(pHead);

    //    cout<<"Please enter the position to delete,end with ctrl+z :"<<endl;
    //}

    //cin.clear();  //清除流状态
    //cin.sync();

    //Test GetLengthOfLink...

    //size_t lengthOfLink = GetLengthOfLink(pHead);
    cout<<"Test GetLengthOfLink..."<<endl;
    cout<<"the length of link is : "<<GetLengthOfLink(pHead)<<endl;

    //Test BubbleSortLink...
    cout<<"Test BubbleSortLink..."<<endl;
    BubbleSortLink(pHead);
    cout<<"The link after sort : "<<endl;
    Displaylink(pHead);

    //Test BubbleSortLink...
    cout<<"Test ReverseLink..."<<endl;
    ReverseLink(pHead);
    cout<<"The link after reverse : "<<endl;
    Displaylink(pHead);

    Destorylink(pHead);

    /*cout<<"Test CreatLinkWithNonNullHead..."<<endl;
    pHead = CreatLinkWithNonNullHead();
    cout<<"display the link created by CreatLinkWithNullHead : "<<endl;
    DisplaylinkWithNonNullHead(pHead);
    Destorylink(pHead);*/

}

//main
int main()
{
    Testlink();
    return 0;
}