数据结构经典面试之链表——C#和C++篇_链表 c++

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链表是一种常见的基础数据结构，它由一系列节点组成，每个节点包含数据域和指向下一个节点的指针。链表与数组不同，它不要求节点在内存中连续存储，这使得链表在插入和删除操作时具有较高的效率。

本文将介绍链表的基本概念、操作以及在C#和C++语言中的实现。

一、链表的基本概念

节点（Node）
节点是链表的基本单元，它包含两个部分：数据域和指针域。数据域用于存储节点的数据，指针域用于存储下一个节点的地址。

单链表（Singly Linked List）
单链表是一种每个节点只有一个指针指向下一个节点的链表。它是链表的最基本形式。

双向链表（Doubly Linked List）
双向链表是一种每个节点有两个指针，一个指向前一个节点，另一个指向下一个节点的链表。这使得双向链表可以方便地访问节点的前驱和后继。

循环链表（Circular Linked List）
循环链表是一种最后一个节点的指针指向第一个节点的链表。这使得循环链表在末尾追加节点时更为方便。

二、链表的操作

• 插入操作

插入操作包括在链表的头部、中间和尾部插入节点。

（1）在链表头部插入节点

在链表头部插入节点时，新节点的指针指向原头节点，然后将新节点设置为头节点。

（2）在链表中间插入节点

在链表中间插入节点时，需要找到插入位置的前一个节点，将新节点的指针指向原中间节点，然后将原中间节点的指针指向新节点。

（3）在链表尾部插入节点

在链表尾部插入节点时，需要找到链表的最后一个节点，将最后一个节点的指针指向新节点，然后将新节点设置为最后一个节点。

• 删除操作

删除操作包括删除链表的头部、中间和尾部节点。

（1）删除链表头部节点

删除链表头部节点时，需要将头节点的指针指向下一个节点，然后将原头节点从链表中释放。

（2）删除链表中间节点

删除链表中间节点时，需要找到删除节点的前一个节点，将前一个节点的指针指向删除节点的下一个节点。

（3）删除链表尾部节点

删除链表尾部节点时，需要找到链表的最后一个节点的前一个节点，将最后一个节点的前一个节点的指针指向null。

三、定义链表的节点结构体（C#）

在C#中，我们首先定义链表的节点结构体，它包含数据域和指向下一个节点的指针。

public struct Node
{
    public int Data { get; set; }
    public Node Next { get; set; }

    public Node(int data)
    {
        Data = data;
        Next = null;
    }
}
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四、定义链表的基本操作类（C#）

在C#中，我们定义一个链表类，包含基本操作方法，如插入、删除等。

public class LinkedList
{
    public Node Head { get; set; }

    public void InsertAtHead(int data)
    {
        var newNode = new Node(data);
        newNode.Next = Head;
        Head = newNode;
    }

    public void InsertAtTail(int data)
    {
        var newNode = new Node(data);
        if (Head == null)
        {
            Head = newNode;
            return;
        }

        var current = Head;
        while (current.Next != null)
        {
            current = current.Next;
        }

        current.Next = newNode;
    }

    public void DeleteAtHead()
    {
        if (Head == null)
        {
            return;
        }

        Head = Head.Next;
    }

    public void DeleteAtTail()
    {
        if (Head == null)
        {
            return;
        }

        if (Head.Next == null)
        {
            Head = null;
            return;
        }

        var current = Head;
        while (current.Next.Next != null)
        {
            current = current.Next;
        }

        current.Next = null;
    }
}
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五、创建一个链表实例并进行基本操作演示（C#）

下面我们创建一个链表实例，并演示如何进行基本操作。

public class Program
{
    public static void Main(string[] args)
    {
        LinkedList linkedList = new LinkedList();

        linkedList.InsertAtHead(1);
        linkedList.InsertAtHead(2);
        linkedList.InsertAtHead(3);
        linkedList.InsertAtTail(4);

        linkedList.DeleteAtHead();
        linkedList.DeleteAtTail();
    }
}
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六、编写一个自定义链表操作函数（C++）

在C++中，我们首先定义链表的节点结构体，然后编写一个自定义链表操作函数，用于创建和打印链表。

#include <iostream>

struct Node
{
    int data;
    Node *next;

    Node(int data) : data(data), next(nullptr) {}
};

void printList(Node *head)
{
    Node *current = head;
    while (current != nullptr)
    {
        std::cout << current->data << " -> ";
        current = current->next;
    }
    std::cout << "null" << std::endl;
}

Node* createList(int arr[], int n) {
    Node* dummy = new Node(0);
    Node* tail = dummy;
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        Node* newNode = new Node(arr[i]);
        tail->next = newNode;
        tail = newNode;
    }
    return dummy->next;
}
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七、在C++中演示创建和操作一个链表实例（C++）

下面我们在C++中演示如何创建和操作一个链表实例。

int main()
{
    int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);

    Node* head = createList(arr, n);
    printList(head);

    // 删除链表的第一个节点
    Node* temp = head;
    head = head->next;
    delete temp;

    // 插入一个新节点到链表尾部
    Node* newNode = new Node(6);
    newNode->next = nullptr;
    temp = head;
    while (temp->next != nullptr)
    {
        temp = temp->next;
    }
    temp->next = newNode;

    printList(head);

    return 0;
}
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八、总结并对比C#和C++实现链表数据结构的不同点

在C#中，我们使用结构体Node和类LinkedList来实现链表。C#是一种强类型语言，它提供了自动垃圾回收机制，这使得内存管理相对简单。在C#中，我们通过属性来访问和设置节点的Data和Next字段。

在C++中，我们使用结构体Node来实现链表节点，并使用指针来访问和设置节点的data和next字段。C++是一种静态类型语言，它不提供自动垃圾回收，因此我们需要手动管理内存，例如使用new和delete操作符。

在C#中，我们直接在LinkedList类中提供了基本操作方法，如InsertAtHead、InsertAtTail、DeleteAtHead和DeleteAtTail。而在C++中，我们定义了一个createList函数来创建链表，并使用printList函数来打印链表。

总结

总的来说，C#和C++实现链表的方式有一些不同，主要体现在内存管理、类型系统和编程习惯上。然而，无论是C#还是C++，链表的核心概念和基本操作都是相似的。通过理解和掌握链表的数据结构，我们可以更加高效地处理数据和优化程序性能。