單鏈表，循環鏈表，雙向鏈表（C++實現）

單鏈表：
　　一.單鏈表與順序表相比：

　　　1.順序表可以方便的隨機存取表中的任一節點，速度快；但是在表中插入刪除一個數據時，為了保持其他元素的相對次序不變，平均需要移動一半的元素，效率很低；還有若事先對表長估計不足，過小會形成內存浪費，過大則需要拷貝到一個更大的數組，時間開銷很大。相反，鏈表則適用於插入刪除頻繁，表長估計不定的情形。

　　　2.順序表邏輯位置和物理位置都連續，而單鏈表中的邏輯位置連續，物理位置非連續。

　  二.為什么要帶附加表頭？

　　　　因為不帶附加表頭在插入刪除時要分兩種情況：操作節點在表頭和不在表頭；而帶了附加表頭便可以對所有節點一視同仁。

template<class T>
struct LinkNode{//鏈表節點 
    T data;
    LinkNode *link;
    LinkNode(const T& args,LinkNode<T> *ptr=NULL){
        data=args;
        link=ptr;
    }
};

template<class T>
class List{//帶附加頭節點的單鏈表 
    protected:
        LinkNode<T> *first;//鏈表頭指針 
    public:
        List(){
            first=new LinkNode<T>;
        }
        List(const T& x){
            first=new LinkNode<T>(x);
        }
        List(List<T>& L){
            T value;
            LinkNode<T> *L_head=L.getHead();
            LinkNode<T> *temp=first=new LinkNode<T>;
            while(L_head->link!=NULL){
                value=L_head->link->data;
                temp->link=new LinkNode<T>(value);
                L_head=L_head->link;
                temp=temp->link; 
            }
            temp->link=NULL;
        }
        ~List(){
            makeEmpty();
        }
        void makeEmpty(){//將鏈表置空 
            LinkNode<T> *temp;
            while(first->link!=NULL){
                temp=first->link;
                first->link=temp->link;
                delete temp;
            }
        }
        int length()const{
            LinkNode<T> *temp=first->link;
            int count=0;
            while(temp!=NULL){
                temp=temp->link;
                count++;
            }
            return count;
        }
        LinkNode<T> *getHead()const{//返回附加頭節點地址 
            return first;
        }
        LinkNode<T> *search(T x,int& i){//搜索數據x的地址和序列號 
            LinkNode<T> *current=first->link;
            int index=1;
            while(current!=NULL){
                if(current->data==x)
                    break;
                current=current->link;
                index++;
            } 
            i=index;
            return current;
        }
        LinkNode<T> *locate(int i){//搜索第i個節點的地址 
            if(i<0)
                return NULL;
            LinkNode<T> *current=first;
            int temp=0;
            while(current!=NULL&&temp<i){
                current=current->link;
                temp++;
            }
            return current;
        }
        bool getData(int i,T& x){//取出第i個元素的值 
            if(i<=0)
                return false;
            LinkNode<T> *current=locate(i);
            if(current==NULL) return false;
            x=current->data;
            return true; 
        }
        void setData(int i,T& x){//修改第i個元素的值 
            if(i<=0)
                return;
            LinkNode<T> *current=locate(i);
            if(current==NULL) return;
            current->data=x;
        }
        bool insert(int i,T& x){//在第i個元素后插入x 
            LinkNode<T> *current=locate(i);
            if(current==NULL) return false;
            LinkNode<T> *newNode=new LinkNode<T>(x);
            newNode->link=current->link;
            current->link=newNode;
            return true; 
        }
        bool remove(int i,T& x){//刪除第i個元素的值 
            LinkNode<T> *current=locate(i-1);
            if(current==NULL||current->link==NULL) return false;
            LinkNode<T> *del=current->link;
            current->link=del->link;
            x=del->data;
            delete del;
            return true;
        }
        bool isEmpty()const{
            return (first->link==NULL)?true:false;
        }
        void inputFront(){//向前插入鏈表法 
            makeEmpty();
            LinkNode<T> *newNode;
            T value; 
            cin>>value;
            while(value!=-1){
                newNode=new LinkNode<T>(value);
                newNode->link=first->link;
                first->link=newNode;
                cin>>value;
            } 
        }
        void inputRear(){//向后插入鏈表法 
            makeEmpty();
            LinkNode<T> *newNode,*last=first;
            T value;
            cin>>value;
            while(value!=-1){
                newNode=new LinkNode<T>(value);
                last->link=newNode;
                last=newNode;
                cin>>value;
            }
        }
        void output(){//輸出整個鏈表 
            LinkNode<T> *current=first->link;
            while(current!=NULL){
                cout<<current->data<<" ";
                current=current->link;
            }
            cout<<endl;
        }
};

測試代碼如下：

void menu(){
    cout<<"1.向前插入建表（-1結束）"<<endl;
    cout<<"2.向后插入建表（-1結束）"<<endl;
    cout<<"3.輸出鏈表"<<endl;
    cout<<"4.搜索元素x所在節點的序號"<<endl;
    cout<<"5.取出第i個元素的值"<<endl;
    cout<<"6.用x的值修改第i個元素的值"<<endl;
    cout<<"7.刪除第i個元素"<<endl;
    cout<<"8.在第i個元素后面插入x"<<endl;
    cout<<"9.退出"<<endl;
} 

template<class T>
void function(int num,List<T> *list){
    switch(num){
        int x,i;
        case 1:
            list->inputFront();
            break;
        case 2:
            list->inputRear();
            break;
        case 3:
            list->output();
            break;
        case 4:
            cin>>x;
            list->search(x,i);
            cout<<i<<endl;
            break;
        case 5:
            cin>>i;
            list->getData(i,x);
            cout<<x<<endl;
            break;
        case 6:
            cin>>x>>i;
            list->setData(i,x);
            break;
        case 7:
            cin>>i;
            list->remove(i,x);
            break;
        case 8:
            cin>>i>>x;
            list->insert(i,x);
            break;
        default:
            exit(1);
    }
}
int main(int argc, char** argv) {
    int num;
    List<int> *list=new List<int>(-1);
    while(true){
        menu();
        cin>>num;
        function(num,list);
    }
    return 0; 
}

 

 

其次是循環鏈表：

　　代碼我就不放了，就講講要修改的地方：

　　1.構造函數。first=new LinkNode<T>;后面接上:first->link=first;目的是讓自身首尾相連。如圖：

　　

　　　2.在判斷循環指針是否到達表尾的條件要從NULL換成first。

　　　小結：

　　　循環鏈表的目的是只要知道表中任一一個節點的地址，就能遍歷表中其他任一節點。

最后是雙向鏈表：

　　修改：

　　1.節點的構造函數。需要增加一個前驅指針。

　　2.搜索、插入刪除算法。首先是方向，確定方向后算法和單鏈表差不多，區別在於通過前驅指針還是后續指針訪問節點。其次是插入刪除，講起來比較啰嗦，直接看圖：

　　這是插入（中間是插入元素），虛線是原來的情況，實線是插入后的情況，可見一共涉及到4個指針。

　　這是刪除（中間是刪除元素）。看上去也是涉及4個指針，實際只動了1和4。

　　小結：

　　雙向鏈表的目的是為了解決在鏈表中不同方向（前/后）訪問元素的問題。