基本資料結構：連結串列（list）

作者：C小加 更新時間：2012-7-31

談到連結串列之前，先說一下線性表。線性表是最基本、最簡單、也是最常用的一種資料結構。線性表中資料元素之間的關係是一對一的關係，即除了第一個和最後一個數據元素之外，其它資料元素都是首尾相接的。線性表有兩種儲存方式，一種是順序儲存結構，另一種是鏈式儲存結構。

順序儲存結構就是兩個相鄰的元素在記憶體中也是相鄰的。這種儲存方式的優點是查詢的時間複雜度為O(1)，通過首地址和偏移量就可以直接訪問到某元素，關於查詢的適配演算法很多，最快可以達到O(logn)。缺點是插入和刪除的時間複雜度最壞能達到O(n)，如果你在第一個位置插入一個元素，你需要把陣列的每一個元素向後移動一位，如果你在第一個位置刪除一個元素，你需要把陣列的每一個元素向前移動一位。還有一個缺點，就是當你不確定元素的數量時，你開的陣列必須保證能夠放下元素最大數量，遺憾的是如果實際數量比最大數量少很多時，你開的陣列沒有用到的記憶體就只能浪費掉了。

我們常用的陣列就是一種典型的順序儲存結構，如圖1。

鏈式儲存結構就是兩個相鄰的元素在記憶體中可能不是相鄰的，每一個元素都有一個指標域，指標域一般是儲存著到下一個元素的指標。這種儲存方式的優點是插入和刪除的時間複雜度為O(1)，不會浪費太多記憶體，新增元素的時候才會申請記憶體，刪除元素會釋放記憶體，。缺點是訪問的時間複雜度最壞為O(n)，關於查詢的演算法很少，一般只能遍歷，這樣時間複雜度也是線性（O(n)）的了,頻繁的申請和釋放記憶體也會消耗時間。

順序表的特性是隨機讀取，也就是訪問一個元素的時間複雜度是O(1)，鏈式表的特性是插入和刪除的時間複雜度為O(1)。要根據實際情況去選取適合自己的儲存結構。

連結串列就是鏈式儲存的線性表。根據指標域的不同，連結串列分為單向連結串列、雙向連結串列、迴圈連結串列等等。

一、 單向連結串列（slist）

連結串列中最簡單的一種是單向連結串列，每個元素包含兩個域，值域和指標域，我們把這樣的元素稱之為節點。每個節點的指標域內有一個指標，指向下一個節點，而最後一個節點則指向一個空值。如圖2就是一個單向連結串列。

一個單向連結串列的節點被分成兩個部分。第一個部分儲存或者顯示關於節點的資訊，第二個部分儲存下一個節點的地址。單向連結串列只可向一個方向遍歷。

我寫了一個簡單的C++版單向連結串列類模板，就用這段程式碼講解一下一個具體的單向連結串列該怎麼寫（程式碼僅供學習），當然首先你要具備C++基礎知識和簡單的模板超程式設計。

完整程式碼

首先我們要寫一個節點類，連結串列中的每一個節點就是一個節點類的物件。如圖3。

程式碼如下：

template<class T>
class slistNode
{
    public:
    slistNode(){next=NULL;}//初始化    T data;//值    slistNode* next;//指向下一個節點的指標};

第二步，寫單鏈表類的宣告，包括屬性和方法。

程式碼如下：

template<class T>
class myslist
{
    private:
    unsigned int listlength;
    slistNode<T>* node;//臨時節點    slistNode<T>* lastnode;//頭結點    slistNode<T>* headnode;//尾節點    public:
        myslist();//初始化        unsigned int length();//連結串列元素的個數        void add(T x);//表尾新增元素        void traversal();//遍歷整個連結串列並列印        bool isEmpty();//判斷連結串列是否為空        slistNode<T>* find(T x);//查詢第一個值為x的節點,返回節點的地址,找不到返回NULL        void Delete(T x);//刪除第一個值為x的節點        void insert(T x,slistNode<T>* p);//在p節點後插入值為x的節點        void insertHead(T x);//在連結串列的頭部插入節點};

第三步，寫建構函式，初始化連結串列類的屬性。

程式碼如下：

template<class T>
myslist<T>::myslist()
{
    node=NULL;
    lastnode=NULL;
    headnode=NULL;
    listlength=0;
}

第四步，實現add()方法。

程式碼如下：

template<class T>
void  myslist<T>::add(T x)
{
    node=new slistNode<T>();//申請一個新的節點    node->data=x;//新節點賦值為x    if(lastnode==NULL)//如果沒有尾節點則連結串列為空,node既為頭結點,又是尾節點    {
        headnode=node;
        lastnode=node;
    }
    else//如果連結串列非空    {
        lastnode->next=node;//node既為尾節點的下一個節點        lastnode=node;//node變成了尾節點,把尾節點賦值為node    }
    ++listlength;//元素個數+1}

第五步，實現traversal()函式，遍歷並輸出節點資訊。

程式碼如下：

template<class T>
void  myslist<T>::traversal()
{
    node=headnode;//用臨時節點指向頭結點    while(node!=NULL)//遍歷連結串列並輸出    {
        cout<<node->data<<ends;
        node=node->next;
    }
    cout<<endl;
}

第六步，實現isEmpty()函式，判斷連結串列是否為空，返回真為空，假則不空。

程式碼如下：

template<class T>
bool  myslist<T>::isEmpty()
{
    return listlength==0;
}

第七步，實現find()函式。

程式碼如下：

template<class T>
slistNode<T>* myslist<T>::find(T x)
{
    node=headnode;//用臨時節點指向頭結點    while(node!=NULL&&node->data!=x)//遍歷連結串列,遇到值相同的節點跳出    {
        node=node->next;
    }
    return node;//返回找到的節點的地址,如果沒有找到則返回NULL}

第八步，實現delete()函式，刪除第一個值為x的節點，如圖4。

程式碼如下：

template<class T>
void  myslist<T>::Delete(T x)
{
    slistNode<T>* temp=headnode;//申請一個臨時節點指向頭節點    if(temp==NULL) return;//如果頭節點為空,則該連結串列無元素,直接返回    if(temp->data==x)//如果頭節點的值為要刪除的值,則刪除投節點    {
        headnode=temp->next;//把頭節點指向頭節點的下一個節點        if(temp->next==NULL) lastnode=NULL;//如果連結串列中只有一個節點,刪除之後就沒有節點了,把尾節點置為空        delete(temp);//刪除頭節點        return;
    }
    while(temp->next!=NULL&&temp->next->data!=x)//遍歷連結串列找到第一個值與x相等的節點,temp表示這個節點的上一個節點    {
        temp=temp->next;
    }
    if(temp->next==NULL) return;//如果沒有找到則返回    if(temp->next==lastnode)//如果找到的時候尾節點    {
        lastnode=temp;//把尾節點指向他的上一個節點        delete(temp->next);//刪除尾節點        temp->next=NULL;
    }
    else//如果不是尾節點,如圖4    {
        node=temp->next;//用臨時節點node指向要刪除的節點        temp->next=node->next;//要刪除的節點的上一個節點指向要刪除節點的下一個節點        delete(node);//刪除節點        node=NULL;
    }
}

第九步，實現insert()和insertHead()函式，在p節點後插入值為x的節點。如圖5。

程式碼如下：

template<class T>
void  myslist<T>::insert(T x,slistNode<T>* p)
{
    if(p==NULL) return;
    node=new slistNode<T>();//申請一個新的空間    node->data=x;//如圖5    node->next=p->next;
    p->next=node;
    if(node->next==NULL)//如果node為尾節點    lastnode=node;
}
template<class T>
void  myslist<T>::insertHead(T x)
{
    node=new slistNode<T>();
    node->data=x;
    node->next=headnode;
    headnode=node;
}