为了表示每个数据元素与其直接后继之间的逻辑关系，数据元素除过存储本身的信息之外，还需要存储其后继元素的地址信息。
链式存储结构的逻辑结构：
单链表中的节点定义：
注意：这里的struct是用来定义一个类，与class的访问属性相反，默认为public
单链表的内部结构：
头节点在单链表中的意义是：辅助数据元素的定位，方便插入和删除，因此，头节点不存储实际的数据。
插入：
node->value = e;
node->next = current->next;
Current->next = node;删除：
执行操作
toDel = current->next;
current->next = toDel->nex;
delete toDel;类族结构：
— 类模板，通过头节点访问后继节点
— 定义内部节点的类型Node，用于描述数据域和指针域
— 实现线性表的关键操作，增、删、查等。
template < typename T >
class LinkList : public List<T>
{
protected:
struct Node : public Object
{
Node * next;
T value;
};
int m_length;
mutable Node m_header;
// 当前所找到的节点不是要直接操作的节点，要操作的是该节点的next
Node *position(int i) const
public:
LinkList()
bool insert(const T& e)
bool insert(int index, const T& e)
bool remove(int index)
bool set(int index, const T& e)
T get(int index)
bool get(int index, T& e) const
int length() const
void clear()
~LinkList()
};优化：
代码中多个函数存在对操作节点的定位逻辑。可以将该段代码实现为一个position函数。
Node *position(int i) const
{
Node *ret = reinterpret_cast<Node*>(&m_header);
for(int p=0; p<i; p++)
{
ret = ret->next;
}
return ret;
}隐患：
LinkList<Test> L; // 抛出异常，分析为什么我们没有定义 Test 对象，但确抛出了异常
原因在于单链表头节点构造时会调用泛指类型的构造函数
解决方案：
头节点构造时，避免调用泛指类型的构造函数，也即是说要自定义头节点的类型，并且该类型是一个匿名类型
mutable struct : public Object
{
char reserved[sizeof(T)];
Node *next;
}m_header;注意：这里我们自定义都头结点类型和Node的内存结构上要一模一样（不要将两个成员变量的位置交换）。
template <typename T>
class LinkList : public List<T>
{
protected:
int m_length;
int m_step;
struct Node : public Object
{
Node* next;
T value;
};
// 游标,获取游标指向的数据元素,遍历开始前将游标指向位置为0的数据元素,通过节点中的next指针移动游标
Node* m_current;
// 构造头节点时，会调用泛指类型的构造函数，如果泛指类型构造函数中抛出异常，将导致构造失败
//mutable Node m_header;
// 为了避免调用泛指类型的构造函数，自定义头节点的类型(内存结构上要一模一样)，并且该类型是一个匿名类型（没有类型名）
mutable struct : public Object
{
Node *next;
char reserved[sizeof(T)];
}m_header;
Node* position(int index) const
{
Node* ret = reinterpret_cast<Node*>(&m_header);
for(int p=0; p<index; p++)
{
ret = ret->next;
}
return ret;
}
virtual Node* create()
{
return new Node();
}
virtual void destroy(Node* pNode)
{
delete pNode;
}
public:
LinkList()
{
m_header.next = NULL;
m_length = 0;
m_step = 0;
m_current = NULL;
}
int find(const T& e) const
{
int ret = -1;
Node* node = m_header.next;
for(int i=0; i<m_length; i++)
{
if(node->value == e)
{
ret = i;
break;
}
node = node->next;
}
return ret;
}
bool insert(const T& e)
{
return insert(m_length, e);
}
bool insert(int index, const T& e)
{
bool ret = (index>=0) && (index<=m_length);
if(ret)
{
Node* node = create();
if(NULL != node)
{
Node* current = position(index);
node->next = current->next;
current->next = node;
node->value =e;
m_length++;
}
else
{
THROW_EXCEPTION(NoEnoughMemoryException, "no enough memory to insert node.");
}
}
return ret;
}
bool remove(int index)
{
bool ret = (index>=0) && (index<=m_length);
if(ret)
{
Node* current = position(index);
Node* toDel = current->next;
if( toDel == m_current)
{
m_current = toDel->next; // 确保当前元素删除后m_current指向正确的位置
}
current->next = toDel->next;
destroy(toDel);
m_length--;
}
return ret;
}
bool set(int index, const T& e)
{
bool ret = (index>=0) && (index<=m_length);
if(ret)
{
Node* current = position(index);
current->next->value = e;
}
return ret;
}
virtual T get(int index) const
{
T ret;
if(get(index, ret))
{
return ret;
}
else
{
THROW_EXCEPTION(IndexOutOfBoundsException, "index out of range.");
}
}
bool get(int index, T& e) const
{
bool ret = (index>=0) && (index<=m_length);
if(ret)
{
Node* current = position(index);
e = current->next->value;
}
return ret;
}
void traverse(void) //O(n^2)
{
for(int i=0; i<length(); i++)
{
cout << (*this).get(i) << endl;
}
}
void traverse_r(int i, int step = 1) //O(n)
{
for((*this).move(i, step);!(*this).end();(*this).next()) //(*this).move(0,2)
{
cout << (*this).current() << endl;
}
}
virtual bool move(int i, int step = 1) // O(n)
{
bool ret = (0<=i)&&(i<m_length)&&(step>0);
if(ret)
{
m_current = position(i)->next;
m_step = step;
}
return ret;
}
virtual bool end()
{
return (m_current == NULL);
}
virtual T current()
{
if(!end())
{
return m_current->value;
}
else
{
THROW_EXCEPTION(InvalidOperationException,"No value at current position...");
}
}
virtual bool next()
{
int i =0;
while((i<m_step)&&!end())
{
m_current = m_current->next;
i++;
}
return(i == m_step);
}
int length() const
{
return m_length;
}
void clear()
{
while(m_header.next)
{
Node* toDel = m_header.next;
m_header.next = toDel->next;
destroy(toDel);
m_length--;
}
}
~LinkList()
{
clear();
}
};1.查找操作：
可以为线性表list增加一个查找操作， int find (const T& e) const
参数为待查找的元素，返回值为查找到的元素首次出现的位置，没有找到返回 -1
2.比较操作：
当我们定义的了上述查找函数之后，线性表中的数据为类类型时，查找函数编译出错，原因在于我们没有重载==操作符。
解决的办法，在顶层父类Object中重载==和!=操作符，并且让自定义的类继承自顶层父类Object。
单链表和顺序表的时间复杂度对比：
问题：
顺序表的整体时间复杂度比单链表低，那么单链表还有使用的价值吗？实际工程中为什么单链表反而用的比较多？
——实际工程中，时间复杂度只是效率的一个参考指标
遍历一个单链表的方法：通过for循环来调用get函数即可实现。
for(int i=0; i<list.length(); i++)
{
cout << list.get(i) << endl;
}这段代码的时间复杂度为O（n^2）,所以我们希望对其优化，得到一个线性阶的遍历函数。
bool move(int i, int step = 1);
bool end();
T current();
bool next();单链表内部的一次封装：
virtual Node *create()
{
return new Node();
}
virtual void destory(Node *pn)
{
delete pn;
}进行上述封装得到意义：增加程序的可扩展性
长时间使用单链表对象频繁的增加和删除数据元素，会导致堆空间产生大量的内存碎片，导致系统运行缓慢。
新的线性表：
在单链表的内部增加一片预留的空间，所有的node对象都在这篇空间中动态创建和动态销毁。
层次结构：
template < typename T, int N>
class StaticLinkList : public LinkList<T>
{
protected:
// (1)注意这里不能直接写为Node，编译报错，原因是Node中涉及泛指类型T，所以要声明 LinkList<T>::Node
// (2)上面的写法在某些编译情况下依然会报错，原因在于，编译器不知道这里的Node是一个类对象，还是一个静态成员对象，
// 所以前面还需使用template声明Node是一个类对象。
typedef typename LinkList<T>::Node Node;
struct SNode : public Node
{
void *operator new (unsigned int size, void *p)
{
(void)size;
return p;
}
};
unsigned char m_space[sizeof(SNode) *N];
unsigned int m_used[N];
Node *create()
{
SNode *ret = NULL;
for(int i=0; i<N; i++)
{
if( !m_used[i] ) // 0为空，1为有数据元素，不可用
{
ret = reinterpret_cast<SNode*>(m_space) + i;
ret = new(ret)SNode; //返回指定内存地址
m_used[i] = 1;
break;
}
}
return ret;
}
void destroy(Node *pn)
{
SNode *space = reinterpret_cast<SNode *>(m_space);
SNode *spn = dynamic_cast<SNode*>(pn);
for(int i=0; i<N; i++)
{
if( pn == (space + i) )
{
m_used[i] = 0;
spn->~SNode(); //直接调用析构函数
}
}
}
public:
StaticLinkList()
{
for(int i=0; i<N; i++)
{
m_used[i] = 0;
}
}
};上节封装create和destroy的意义：
为了本节实现StaticList 做准备，两者的不同之处在于链表节点内存分配的不同，因此将仅有的不同封装与父类和子类的虚函数中。最终通过多态技术，来实现。
template <typename T, int N>
class StaticLinkList : public LinkList<T>
{
protected:
// typename 表明Node是一个类而非静态成员变量，Node中包含泛指类型，所以使用 LinkList<T>指明
typedef typename LinkList<T>::Node Node;
struct SNode : public Node
{
// 重载后的结果，返回指定内存空间
void* operator new(unsigned int size, void* p)
{
(void)size;
return p;
}
};
unsigned int m_space[N];
unsigned int m_used[N];
Node* create(void)
{
SNode* ret = NULL;
for(int i=0; i<N; i++)
{
if(!m_used[i])
{
ret = reinterpret_cast<SNode*>(m_space) + i;
ret = new(ret) SNode(); //返回指定内存空间
break;
}
}
return ret;
}
void destroy(Node* pn)
{
SNode* space = reinterpret_cast<SNode*>(m_space);
SNode* spn = dynamic_cast<SNode*>(pn);
for(int i=0; i<N; i++)
{
if(pn == space+i)
{
m_used[i] = 0;
spn->~SNode();
break;
}
}
}
public:
StaticLinkList()
{
for(int i=0; i<N; i++)
{
m_used[i] = 0;
}
}
int capacity(void)
{
return N;
}
/**
析构函数定义的原则：对于一个独立类，构造函数中没有使用系统资源，则可以不用定义析构函数，使用系统默认系统的即可。
但对于StaticLinkList这个类，继承制LinkList，当我们没有定义该类的析构函数时：在对象析构时，会默认去调用编译器自己提供的析构函数，然后再调用其父类的析构函数，再其父类的析构函数中会调用clear函数，最终会调用父类的destroy函数。
在父类的destroy 中会使用delete去释放堆空间，而我我们StaticLinkList中的数据并不是在堆空间的，所以会导致程序的不稳定。
解决办法：自定义析构函数，最终调用子类的destroy函数。
**/
~StaticLinkList()
{
this->clear();
}
};
1.什么是循环链表？
概念上：任意元素有一个前驱和后继，所有数据元素的关系构成一个环
实现上：循环链表是一种特殊的链表，尾节点的指针保存了首节点的地址。
逻辑构成：
实现思路：
1.通过模板定义CircleList类，继承自LinkList类
2.定义内部函数last_to_first()用于将单链表首尾相连
3.特殊处理：
首元素的插入和删除操作：
插入首元素时，先将头结点和尾节点的指针指向要插入的元素，然后将要插入元素的指针指向之前的首节点；
删除首节点时，首先将尾节点和头的指针指向要删除节点的下个节点）。
4.重新实现：清空操作和遍历操作，注意异常安全（注意异常安全）。
循环链表可用于解决约瑟夫环的问题。
循环链表声明：
template < typename T >
class CircleList : public LinkList<T>
{
protected:
Node* last() const
void last_to_first() const
int mod(int i) const
public:
bool insert(const T& e)
bool insert(int index, const T& e)
bool remove(int index)
bool set(int index, const T& e)
bool get(int index, const T& e) const
T get(int index) const
int find (const T& e) const
void clear()
bool move(int i, int step)
bool end()
~CircleList()
};注意：循环链表的实现中，查找和遍历及清空操作要注意异常安全。不能改变链表的状态（比如先将循环链表改为单链表，然后直接调用单链表的相关实现，最后再将链表首尾相连。这样操作如果再过程中调用了泛指类型的构造函数，而且抛出异常，将导致循环链表变成单链表）。
template < typename T >
class CircleLinkList : public LinkList<T>
{
protected:
typedef typename LinkList<T>::Node Node;
int mod(int i)
{
return ( (this->m_length == 0) ? 0 : (i % this->m_length));
}
Node* last()
{
return this->position(this->m_length-1)->next;
}
void last_to_first()
{
last()->next = this->m_header.next;
}
public:
bool insert(const T& e)
{
return insert(this->m_length, e);
}
bool insert(int index, const T& e)
{
bool ret = true;
index = index % (this->m_length + 1); // 可插入点=length+1
ret = LinkList<T>::insert(index, e);
if(index == 0)
{
last_to_first();
}
return ret;
}
bool remove(int index)
{
bool ret = true;
index = mod(index);
if(index == 0)
{
Node* toDel = this->m_header.next;
if(toDel != NULL) // 类似于判断index是否合法
{
this->m_header.next = toDel->next;
this->m_length--;
if(this->m_length > 0)
{
last_to_first();
if(this->m_current == toDel)
{
this->m_current = toDel->next;
}
}
else
{
this->m_current = NULL;
this->m_header.next = NULL;
this->m_length = 0;
}
}
else
{
ret = false;
}
}
else
{
ret = LinkList<T>::remove(index);
}
return ret;
}
T get(int index)
{
return LinkList<T>::get(mod(index));
}
bool get(int index, T& e)
{
return LinkList<T>::get(mod(index), e);
}
bool set(int index, const T& e)
{
return LinkList<T>::set(mod(index), e);
}
int find(const T& e) const
{
int ret = -1;
Node* node = this->m_header.next;
for(int i=0; i<this->m_length; i++)
{
if(node->value == e)
{
ret = i;
break;
}
node = node->next;
}
return ret;
}
bool move(int i, int step)
{
return LinkList<T>::move(mod(i), step);
}
bool end()
{
return ( (this->m_current == NULL) || (this->m_length == 0) );
}
void clear()
{
if(this->m_length > 1)
{
remove(1);
}
if(this->m_length == 1)
{
Node* toDel = this->m_header.next;
this->m_current = NULL;
this->m_header.next = NULL;
this->m_length = 0;
this->destroy(toDel);
}
}
~CircleLinkList()
{
clear();
}
};
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