赞
踩
是一种链式数据结构,由一个头节点和一些指向下一个节点的指针组成。每个节点包含一个数据元素和指向下一个节点的指针。头节点没有数据,只用于表示链表的开始位置。
单链表的主要操作包括:
单链表相对于数组的优点是插入和删除元素时不需要移动其他元素,时间复杂度为O(1)。但是,在查找元素时,单链表比数组要慢,时间复杂度为O(n)。
本文总结了 C++、Java、Python、Go、Rust 五种语言的单链表的表达:
c++语言既可以用struct也能用class来表示链表节点,类可以定义方法调用相对方便。另外C++类需要自定义析构函数用以退出时释放节点所占空间,其它语言有自动的垃圾回收机制。
// 定义结构体 Node,表示链表中的节点
struct Node {
int data; // 节点的数据
Node* next; // 指向下一个节点的指针
};
// 定义类 LinkedList,表示链表
class LinkedList {
private:
Node* head; // 指向链表头节点的指针
}
代码:
- #include <iostream>
-
- using namespace std;
-
- // 定义结构体 Node,表示链表中的节点
- struct Node {
- int data; // 节点的数据
- Node* next; // 指向下一个节点的指针
- };
-
- // 定义类 LinkedList,表示链表
- class LinkedList {
- private:
- Node* head; // 指向链表头节点的指针
-
- public:
- // 构造函数,初始化链表为空链表
- LinkedList() {
- head = NULL;
- }
-
- // 析构函数,释放链表中的所有节点
- ~LinkedList() {
- Node* curr = head;
- while (curr != NULL) {
- Node* next = curr->next;
- delete curr;
- curr = next;
- }
- }
-
- // 在链表头部添加一个新节点
- void add(int value) {
- Node* newNode = new Node;
- newNode->data = value;
- newNode->next = head;
- head = newNode;
- }
-
- // 在链表尾部添加一个新节点
- void push(int value) {
- Node* newNode = new Node;
- newNode->data = value;
- newNode->next = NULL;
- if (head == NULL) {
- head = newNode;
- } else {
- Node* curr = head;
- while (curr->next != NULL) {
- curr = curr->next;
- }
- curr->next = newNode;
- }
- }
-
- // 删除最后一个节点,并返回该节点的数据
- int pop() {
- if (head == NULL) {
- return -1;
- } else if (head->next == NULL) {
- int data = head->data;
- delete head;
- head = NULL;
- return data;
- } else {
- Node* curr = head;
- while (curr->next->next != NULL) {
- curr = curr->next;
- }
- int data = curr->next->data;
- delete curr->next;
- curr->next = NULL;
- return data;
- }
- }
-
- // 遍历链表,打印每个节点的数据
- void traverse() {
- Node* curr = head;
- while (curr != NULL) {
- cout << curr->data << "->";
- curr = curr->next;
- }
- cout << "nil" << endl;
- }
- };
-
- int main() {
- LinkedList list;
- list.traverse(); // 打印空链表 nil
- list.add(1); // 在链表头部添加节点 1
- list.traverse(); // 打印链表 1->nil
- list.add(2); // 在链表头部添加节点 2
- list.traverse(); // 打印链表 2->1->nil
- list.add(3); // 在链表头部添加节点 3
- list.traverse(); // 打印链表 3->2->1->nil
- list.push(4); // 在链表尾部添加节点 4
- list.traverse(); // 打印链表 3->2->1->4->nil
- list.push(5); // 在链表尾部添加节点 5
- list.traverse(); // 打印链表 3->2->1->4->5->nil
- cout << list.pop() << endl; // 删除尾节点,并输出节点数据
- list.traverse(); // 打印链表 3->2->1->4->nil
- cout << list.pop() << endl; // 删除尾节点,并输出节点数据
- list.traverse(); // 打印链表 3->2->1->nil
- return 0;
- }
// 定义类 Node,表示链表中的节点
class Node {
public:
int data;
Node* next;
Node(int value) {
data = value;
next = NULL;
}
};
// 定义类 LinkedList,表示链表
class LinkedList {
private:
Node* head; // 指向链表头节点的指针
};
代码:
- #include <iostream>
-
- using namespace std;
-
- // 定义类 Node,表示链表中的节点
- class Node {
- public:
- int data;
- Node* next;
- Node(int value) {
- data = value;
- next = NULL;
- }
- };
-
- // 定义类 LinkedList,表示链表
- class LinkedList {
- private:
- Node* head; // 指向链表头节点的指针
-
- public:
- // 构造函数,初始化链表为空链表
- LinkedList() {
- head = NULL;
- }
-
- // 析构函数,释放链表中的所有节点
- ~LinkedList() {
- Node* curr = head;
- while (curr != NULL) {
- Node* next = curr->next;
- delete curr;
- curr = next;
- }
- }
-
- // 在链表头部添加一个新节点
- void add(int value) {
- Node* newNode = new Node(value);
- newNode->next = head;
- head = newNode;
- }
-
- // 在链表尾部添加一个新节点
- void push(int value) {
- Node* newNode = new Node(value);
- newNode->next = NULL;
- if (head == NULL) {
- head = newNode;
- } else {
- Node* curr = head;
- while (curr->next != NULL) {
- curr = curr->next;
- }
- curr->next = newNode;
- }
- }
-
- // 删除最后一个节点,并返回该节点的数据
- int pop() {
- if (head == NULL) {
- return -1;
- } else if (head->next == NULL) {
- int data = head->data;
- delete head;
- head = NULL;
- return data;
- } else {
- Node* curr = head;
- while (curr->next->next != NULL) {
- curr = curr->next;
- }
- int data = curr->next->data;
- delete curr->next;
- curr->next = NULL;
- return data;
- }
- }
-
- // 遍历链表,打印每个节点的数据
- void traverse() {
- Node* curr = head;
- while (curr != NULL) {
- cout << curr->data << "->";
- curr = curr->next;
- }
- cout << "nil" << endl;
- }
- };
-
- int main() {
- LinkedList list;
- list.traverse(); // 打印空链表 nil
- list.add(1); // 在链表头部添加节点 1
- list.traverse(); // 打印链表 1->nil
- list.add(2); // 在链表头部添加节点 2
- list.traverse(); // 打印链表 2->1->nil
- list.add(3); // 在链表头部添加节点 3
- list.traverse(); // 打印链表 3->2->1->nil
- list.push(4); // 在链表尾部添加节点 4
- list.traverse(); // 打印链表 3->2->1->4->nil
- list.push(5); // 在链表尾部添加节点 5
- list.traverse(); // 打印链表 3->2->1->4->5->nil
- cout << list.pop() << endl; // 删除尾节点,并输出节点数据
- list.traverse(); // 打印链表 3->2->1->4->nil
- cout << list.pop() << endl; // 删除尾节点,并输出节点数据
- list.traverse(); // 打印链表 3->2->1->nil
- return 0;
- }
Java没有跟C或Go类似的struct
结构体,只有用类class来表达。
public class LinkedList {
public class Node {
public int data;
public Node next;
public Node(int value) {
data = value;
next = null;
}
}
public LinkedList() {
head = null;
}
}
代码:
- public class LinkedList {
- public class Node {
- public int data;
- public Node next;
-
- public Node(int value) {
- data = value;
- next = null;
- }
- }
-
- public LinkedList() {
- head = null;
- }
-
- private Node head;
-
- // 在链表头部添加一个新的节点
- public void add(int value) {
- Node newNode = new Node(value);
- newNode.next = head;
- head = newNode;
- }
-
- // 在链表尾部添加一个新的节点
- public void push(int value) {
- Node newNode = new Node(value);
- if (head == null) {
- head = newNode;
- } else {
- Node curr = head;
- while (curr.next != null) {
- curr = curr.next;
- }
- curr.next = newNode;
- }
- }
-
- // 删除尾节点,并返回该节点的数据
- public int pop() {
- if (head == null) {
- return -1;
- } else if (head.next == null) {
- int data = head.data;
- head = null;
- return data;
- } else {
- Node curr = head;
- while (curr.next.next != null) {
- curr = curr.next;
- }
- Node tail = curr.next;
- curr.next = null;
- return tail.data;
- }
- }
-
- // 遍历链表,打印每个节点的数据
- public void traverse() {
- Node curr = head;
- while (curr != null) {
- System.out.print(curr.data + "->");
- curr = curr.next;
- }
- System.out.println("nil");
- }
-
- public static void main(String[] args) {
- LinkedList list = new LinkedList();
- list.traverse(); // 打印空链表 nil
- list.add(1); // 在链表头部添加节点 1
- list.traverse(); // 打印链表 1->nil
- list.add(2); // 在链表头部添加节点 2
- list.traverse(); // 打印链表 2->1->nil
- list.add(3); // 在链表头部添加节点 3
- list.traverse(); // 打印链表 3->2->1->nil
- list.push(4); // 在链表尾部添加节点 4
- list.traverse(); // 打印链表 3->2->1->4->nil
- list.push(5); // 在链表尾部添加节点 5
- list.traverse(); // 打印链表 3->2->1->4->5->nil
- System.out.println(list.pop()); // 删除尾节点,并输出节点数据
- list.traverse(); // 打印链表 3->2->1->4->nil
- System.out.println(list.pop()); // 删除尾节点,并输出节点数据
- list.traverse(); // 打印链表 3->2->1->nil
- }
- }
Python也没有struct
结构体,只能用类class来表达。而且python是动态类型语言,变量在创建时无需显式指定类型,也没有指针概念。
class Node:
def __init__(self, data):
self.data = data # 节点的数据
self.next = None # 节点的下一个指针,初始为空
class LinkedList:
def __init__(self):
self.head = None # 链表的头指针,初始为空
代码:
- class Node:
- def __init__(self, data):
- self.data = data # 节点的数据
- self.next = None # 节点的下一个指针,初始为空
-
- class LinkedList:
- def __init__(self):
- self.head = None # 链表的头指针,初始为空
-
- def add(self, data):
- # 在链表头部插入一个新节点
- newNode = Node(data)
- newNode.next = self.head
- self.head = newNode
-
- def push(self, data):
- # 在链表尾部添加一个新节点
- newNode = Node(data)
- if self.head is None:
- self.head = newNode
- else:
- curr = self.head
- while curr.next is not None:
- curr = curr.next
- curr.next = newNode
-
- def pop(self):
- # 删除尾节点,并返回该节点的值
- if self.head is None:
- return None
- if self.head.next is None:
- data = self.head.data
- self.head = None
- return data
- curr = self.head
- while curr.next.next is not None:
- curr = curr.next
- tail = curr.next
- curr.next = None
- return tail.data
-
- def traverse(self):
- # 遍历链表,打印每个节点的数据
- curr = self.head
- while curr is not None:
- print(curr.data, end='->')
- curr = curr.next
- print('nil')
-
- if __name__ == '__main__':
- head = LinkedList() # 创建链表
- head.traverse() # 遍历空链表
- head.add(1) # 在链表头部添加节点 1
- head.traverse() # 遍历链表 1->nil
- head.add(2) # 在链表头部添加节点 2
- head.traverse() # 遍历链表 2->1->nil
- head.add(3) # 在链表头部添加节点 3
- head.traverse() # 遍历链表 3->2->1->nil
- head.push(4) # 在链表尾部添加节点 4
- head.traverse() # 遍历链表 3->2->1->4->nil
- head.push(5) # 在链表尾部添加节点 5
- head.traverse() # 遍历链表 3->2->1->4->5->nil
- print(head.pop()) # 删除尾节点,并输出节点数据
- head.traverse() # 打印链表 3->2->1->4->nil
- print(head.pop()) # 删除尾节点,并输出节点数据
- head.traverse() # 打印链表 3->2->1->nil
Go没有class类,使用结构体 struct 来代替类。结构体可以包含字段(成员变量),并且可以定义方法(成员函数)来操作结构体的数据。
type Node struct {
data int
next *Node
}
type LinkedList struct {
head *Node
}
// 创建一个新的节点
func new(value int) *Node {
return &Node{
data: value,
next: nil,
}
}
代码:
- package main
-
- import "fmt"
-
- type Node struct {
- data int
- next *Node
- }
-
- type LinkedList struct {
- head *Node
- }
-
- // 创建一个新的节点
- func new(value int) *Node {
- return &Node{
- data: value,
- next: nil,
- }
- }
-
- // 在链表头部添加一个新节点
- func (list *LinkedList) add(value int) {
- newNode := new(value)
- newNode.next = list.head
- list.head = newNode
- }
-
- // 在链表尾部添加一个新节点
- func (list *LinkedList) push(value int) {
- newNode := new(value)
- if list.head == nil {
- list.head = newNode
- } else {
- curr := list.head
- for curr.next != nil {
- curr = curr.next
- }
- curr.next = newNode
- }
- }
-
- // 删除尾节点,并返回该节点的值
- func (list *LinkedList) pop() int {
- if list.head == nil {
- return -1
- } else if list.head.next == nil {
- data := list.head.data
- list.head = nil
- return data
- } else {
- curr := list.head
- for curr.next.next != nil {
- curr = curr.next
- }
- tail := curr.next
- curr.next = nil
- return tail.data
- }
- }
-
- // 遍历链表,打印每个节点的数据
- func (list *LinkedList) traverse() {
- curr := list.head
- for curr != nil {
- fmt.Printf("%d->", curr.data)
- curr = curr.next
- }
- fmt.Println("nil")
- }
-
- func main() {
- list := LinkedList{}
- list.traverse() // 打印空链表 nil
- list.add(1) // 在链表头部添加节点 1
- list.traverse() // 打印链表 1->nil
- list.add(2) // 在链表头部添加节点 2
- list.traverse() // 打印链表 2->1->nil
- list.add(3) // 在链表头部添加节点 3
- list.traverse() // 打印链表 3->2->1->nil
- list.push(4) // 在链表尾部添加节点 4
- list.traverse() // 打印链表 3->2->1->4->nil
- list.push(5) // 在链表尾部添加节点 5
- list.traverse() // 打印链表 3->2->1->4->5->nil
- fmt.Println(list.pop()) // 删除尾节点,并打印数据
- list.traverse() // 打印链表 3->2->1->4->nil
- fmt.Println(list.pop()) // 删除尾节点,并打印数据
- list.traverse() // 打印链表 3->2->1->nil
- }
Rust中也没有类的概念,但它提供了结构体 struct 和 trait 两种重要的机制来实现面向对象的编程风格。结构体用于定义数据结构,而 trait 则用于定义方法集合。
另外在Rust中,一般不使用unsafe指针std::ptr来操作链表,而是 Option
类型来表示链表指针,它代表的值可以存在(Some
)也可以不存在(None
)。Option
类型被广泛用于处理可能为空的值,以避免出现空指针异常。
struct Node {
data: i32,
next: Option<Box<Node>>,
}
impl Node {
fn new(value: i32) -> Node {
Node { data: value, next: None }
}
}
struct LinkedList {
head: Option<Box<Node>>,
}
impl LinkedList {
fn new() -> LinkedList {
LinkedList { head: None }
}
}
代码:
- struct Node {
- data: i32,
- next: Option<Box<Node>>,
- }
-
- impl Node {
- fn new(value: i32) -> Node {
- Node { data: value, next: None }
- }
- }
-
- struct LinkedList {
- head: Option<Box<Node>>,
- }
-
- impl LinkedList {
- fn new() -> LinkedList {
- LinkedList { head: None }
- }
-
- // 在链表头部添加一个新节点
- fn add(&mut self, value: i32) {
- let mut new_node = Box::new(Node::new(value));
- new_node.next = self.head.take();
- self.head = Some(new_node);
- }
-
- // 在链表尾部添加一个新节点
- fn push(&mut self, value: i32) {
- let new_node = Box::new(Node::new(value));
- let mut curr = &mut self.head;
- while let Some(node) = curr {
- curr = &mut node.next;
- }
- *curr = Some(new_node);
- }
-
- // 删除尾节点,并返回该节点的数据
- fn pop(&mut self) -> Option<i32> {
- if self.head.is_none() {
- return None;
- }
- if self.head.as_ref().unwrap().next.is_none() {
- let data = self.head.take().unwrap().data;
- return Some(data);
- }
- let mut curr = self.head.as_mut().unwrap();
- while curr.next.as_ref().unwrap().next.is_some() {
- curr = curr.next.as_mut().unwrap();
- }
- let data = curr.next.take().unwrap().data;
- Some(data)
- }
-
- // 遍历链表,打印每个节点的数据
- fn traverse(&self) {
- let mut curr = &self.head;
- while let Some(node) = curr {
- print!("{}->", node.data);
- curr = &node.next;
- }
- println!("nil");
- }
- }
-
- fn main() {
- let mut list = LinkedList::new();
- list.traverse(); // 打印空链表 nil
- list.add(1); // 在链表头部添加节点 1
- list.traverse(); // 打印链表 1->nil
- list.add(2); // 在链表头部添加节点 2
- list.traverse(); // 打印链表 2->1->nil
- list.add(3); // 在链表头部添加节点 3
- list.traverse(); // 打印链表 3->2->1->nil
- list.push(4); // 在链表尾部添加节点 4
- list.traverse(); // 打印链表 3->2->1->4->nil
- list.push(5); // 在链表尾部添加节点 5
- list.traverse(); // 打印链表 3->2->1->4->5->nil
- println!("{}", list.pop().unwrap()); // 删除尾节点,并输出节点数据
- list.traverse(); // 打印链表 3->2->1->4->nil
- println!("{}", list.pop().unwrap()); // 删除尾节点,并输出节点数据
- list.traverse(); // 打印链表 3->2->1->nil
- }
struct Node {
data: i32,
next: *mut Node,
}
impl Node {
fn new(value: i32) -> Node {
Node { data: value, next: std::ptr::null_mut() }
}
}
struct LinkedList {
head: *mut Node,
}
impl LinkedList {
fn new() -> LinkedList {
LinkedList { head: std::ptr::null_mut() }
}
}
代码:
- struct Node {
- data: i32,
- next: *mut Node,
- }
-
- impl Node {
- fn new(value: i32) -> Node {
- Node { data: value, next: std::ptr::null_mut() }
- }
- }
-
- struct LinkedList {
- head: *mut Node,
- }
-
- impl LinkedList {
- fn new() -> LinkedList {
- LinkedList { head: std::ptr::null_mut() }
- }
-
- fn add(&mut self, value: i32) {
- let mut new_node = Box::new(Node::new(value));
- new_node.next = self.head;
- self.head = Box::into_raw(new_node);
- }
-
- fn push(&mut self, value: i32) {
- let new_node = Box::new(Node::new(value));
- let mut curr = &mut self.head;
- while !(*curr).is_null() {
- curr = unsafe { &mut (**curr).next };
- }
- *curr = Box::into_raw(new_node);
- }
-
- fn pop(&mut self) -> Option<i32> {
- if self.head.is_null() {
- return None;
- }
- let mut curr = self.head;
- let mut prev = std::ptr::null_mut();
- while unsafe { !(*curr).next.is_null() } {
- prev = curr;
- curr = unsafe { (*curr).next };
- }
- let data = unsafe { Box::from_raw(curr) }.data;
- if prev.is_null() {
- self.head = std::ptr::null_mut();
- } else {
- unsafe { (*prev).next = std::ptr::null_mut(); }
- }
- Some(data)
- }
-
- fn traverse(&self) {
- let mut curr = self.head;
- while !curr.is_null() {
- unsafe {
- print!("{}->", (*curr).data);
- curr = (*curr).next;
- }
- }
- println!("nil");
- }
-
- fn cleanup(&mut self) {
- let mut curr = self.head;
- while !curr.is_null() {
- let next = unsafe { (*curr).next };
- unsafe { Box::from_raw(curr) };
- curr = next;
- }
- }
- }
-
- fn main() {
- let mut list = LinkedList::new();
- list.traverse(); // 打印空链表 nil
- list.add(1);
- list.traverse();
- list.add(2);
- list.traverse();
- list.add(3);
- list.traverse();
- list.push(4);
- list.traverse();
- list.push(5);
- list.traverse();
- println!("{}", list.pop().unwrap());
- list.traverse();
- println!("{}", list.pop().unwrap());
- list.traverse();
- list.cleanup();
- }
cleanup()相当于析构函数,用于释放链表所占空间。
以上所有示例代码的输出都相同:
nil
1->nil
2->1->nil
3->2->1->nil
3->2->1->4->nil
3->2->1->4->5->nil
5
3->2->1->4->nil
4
3->2->1->nil
其中,Rust的节点值有点特殊,使用了Some类型。比如:
使用println!("{:?}", list.pop()); 不需要pop()后面的.unwrap(),返回Some(n);当链表为空时,直接返回None。
完
Copyright © 2003-2013 www.wpsshop.cn 版权所有,并保留所有权利。