基于面向对象编程，C++实现单链表

链表：在内存空间中是非连续存储

组成：链表是由一个个节点组成的，每个节点都包含两个元素：数据和指针
在这里插入图片描述

节点头文件：

建立一个ListNode.h头文件

#pragma once
class ListNode
{
public:int value;ListNode* next;ListNode(int val);~ListNode();
};

节点源文件：

建立一个ListNode.cpp源文件

#include "ListNode.h"ListNode::ListNode(int val)
{this->value = val;next = nullptr;
}ListNode::~ListNode()
{
}

单链表：由一个个节点组成：

在这里插入图片描述

链表头文件：

建立一个ListNode.h头文件，将需要的API函数写入其中

#pragma once
#include "ListNode.h"
class LinkList
{
public:ListNode* head;ListNode* tail;int length;LinkList();//默认构造~LinkList();//默认析构LinkList(int val);//有参构造void GetLength();//获取长度void PrintList();//打印链表ListNode* get(int index);//获取元素void append(int val);//尾部添加元素void prepend(int val);//头部添加元素void insert(int index, int val);//插入元素ListNode* removeFirst();//移除头部元素ListNode* removeLast();//移除尾部元素ListNode* remove(int index);//移除元素void reverse();//链表翻转bool set(int index, int val);//修改元素int search(int val);//查找元素
};

链表源文件

建立LinkList.cpp源文件，实现具体的API

#include<iostream>
#include "LinkList.h"
using namespace std;LinkList::LinkList()
{
}LinkList::~LinkList()
{
}LinkList::LinkList(int val)
{ListNode* newNode = new ListNode(val);head = newNode;tail = newNode;length = 1;
}void LinkList::GetLength()
{cout << "链表长度为：" << length << endl;
}//打印链表
void LinkList::PrintList()
{ListNode* temp = head;while (temp != nullptr) {cout << temp->value << " ";temp = temp->next;}cout << endl;
}//获取元素
ListNode* LinkList::get(int index)
{if (index < 0 || index >= length) {return nullptr;}ListNode* temp = head;for (int i = 0; i < index; i++) {temp = temp->next;}return temp;
}//尾部增加元素
void LinkList::append(int val)
{ListNode* newNode = new ListNode(val);if (length == 0) {head = newNode;tail = newNode;}else {tail->next = newNode;tail = newNode;}length++;
}//头部增加元素
void LinkList::prepend(int val)
{ListNode* newNode = new ListNode(val);if (length == 0) {head = newNode;tail = newNode;}else {newNode->next = head;head = newNode;}length++;
}//插入元素
void LinkList::insert(int index, int val)
{if (index<0 || index>length) {cout << "error";}else if (index == 0) {prepend(val);}else if (index == length - 1) {append(val);}else {ListNode* pre = head;for (int i = 0; i < index - 1; i++) {pre = pre->next;}ListNode* aft = pre->next;ListNode* newNode = new ListNode(val);newNode->next = aft;pre->next = newNode;length++;}
}//尾部移除元素
ListNode* LinkList::removeLast()
{if (length == 0) {return nullptr;}ListNode* temp = head;ListNode* prev = head;while (temp->next) {prev = temp;temp = temp->next;}tail = prev;tail->next = nullptr;length--;if (length == 0) {//链表只有一个节点，删除后为空head = nullptr;tail = nullptr;}return temp;
}//头部移除元素
ListNode* LinkList::removeFirst()
{if (length == 0) {return nullptr;}ListNode* temp = head;head = head->next;temp->next = nullptr;length--;if (length == 0) {tail = nullptr;}return temp;
}//移除元素
ListNode* LinkList::remove(int index)
{if (index<0 || index>length) {return nullptr;}if (index == 0) {return removeFirst();}if (index == length - 1) {return removeLast();}ListNode* prev = head;for (int i = 0; i < index-1; i++) {prev = prev->next;}ListNode* temp = prev->next;prev->next = temp->next;temp->next = nullptr;length--;return temp;
}//反转
void LinkList::reverse()
{ListNode* temp = head;head = tail;tail = temp;ListNode* after = temp->next;ListNode* before = nullptr;for (int i = 0; i < length; i++) {after = temp->next;temp->next = before;before = temp;temp = after;}
}
//修改元素
bool LinkList::set(int index, int val)
{ListNode* temp = get(index);if (temp) {temp->value = val;return true;}return false;
}//查找元素
int LinkList::search(int val)
{int index = 0;ListNode* temp = head;while (temp->value != val) {index++;temp = temp->next;if (temp == nullptr) {cout << "未找到！" << endl;return -1;}}return index;
}

测试文件：

建一个单链表.cpp文件，用一个例子进行测试

#include<iostream>
#include"LinkList.h"
#include"ListNode.h"
using namespace std;void test() {LinkList* myList1 = new LinkList(1);myList1->append(3);myList1->append(5);myList1->append(7);myList1->append(9);myList1->PrintList();myList1->search(4);
}int main() {test();
}

插入元素：

对于下面的单链表，可以进行头插，尾插，中间任意位置插入
在这里插入图片描述

头部插入：

由图可以知道，在头部插入时，先将新节点的next指向头结点，然后再将头结点移动到新节点处：

在这里插入图片描述

//头部增加元素
void LinkList::prepend(int val)
{ListNode* newNode = new ListNode(val);//创建新节点if (length == 0) {//如果单链表为空，就将单链表的头结点和尾节点都指向新节点head = newNode;tail = newNode;}else {newNode->next = head;head = newNode;}length++;
}

尾部插入：

在进行尾插时，先将尾节点的next指向新节点，然后尾节点移动到新节点上

在这里插入图片描述

//尾部增加元素
void LinkList::append(int val)
{ListNode* newNode = new ListNode(val);if (length == 0) {head = newNode;tail = newNode;}else {tail->next = newNode;tail = newNode;}length++;
}

其他位置插入：

在任意位置插入节点时，有以下几种情况：
1.如果插入的位置不合法要求，返回false
2.如果index=0，头插法
3.如果index=length-1，尾插法
4.其他情况下，
（1）先创建一个临时节点pre令其指向头结点head，
（2）然后移动pre指向index处前的一个节点
（3）在创建一个节点aft指向index
（4）让新节点的next指向aft
（5）让pre节点的next指向新节点

在这里插入图片描述

//插入元素
void LinkList::insert(int index, int val)
{if (index<0 || index>length) {cout << "error";}else if (index == 0) {prepend(val);}else if (index == length - 1) {append(val);}else {ListNode* pre = head;for (int i = 0; i < index - 1; i++) {pre = pre->next;}ListNode* aft = pre->next;ListNode* newNode = new ListNode(val);newNode->next = aft;pre->next = newNode;length++;}
}

删除元素：

同样，删除节点也可以分为头删，尾删，任意位置删除
在这里插入图片描述

头部节点删除

（1）创建一个新节点指向head
（2）让head向后移一个，即head指向head的next节点
（3）然让temp的next指向head

在这里插入图片描述

2. 尾部节点删除

（1）先创建两个节点：tmp和pre指向head
（2）依次向后移动temp和pre
（3）tail节点指向pre所指的节点
（4）tail的next指向nullptr

在这里插入图片描述

3. 任意位置删除

1.判断index是否合法，不合法返回false
2.如果index=0，则头结点删除法
3.如果index=length-1，则尾节点删除法
4.如果任意位置，则：
（1）创建一个节点prev指向头结点head
（2）移动pre节点至index的前一个节点
（3）创建一个节点temp指向prev的next节点即index指向的节点
（4）让prev的next节点指向temp的next节点
（5）temp的next指向空

在这里插入图片描述

修改元素：

（1）获取该节点
（2）如果该节点不为空，将新值赋给该节点的值

//修改元素
bool LinkList::set(int index, int val)
{ListNode* temp = get(index);if (temp) {temp->value = val;return true;}return false;
}

查找元素：

（1）创建一个临时节点temp，指向头结点head
（2）依次移动temp，并判断temp是否为空
（3）找到节点并返回相应的索引

//查找元素
int LinkList::search(int val)
{int index = 0;ListNode* temp = head;while (temp->value != val) {index++;temp = temp->next;if (temp == nullptr) {cout << "未找到！" << endl;return -1;}}//cout<<index;return index;
}

链表反转：

1.创建一个节点temp，指向头结点head
2.头结点和尾节点互换位置
3.创建两个节点：p1指向空，p2指向temp的下一个节点
4.在整个单链表上进行如下操作：
（1）p2指向temp的下一个节点
（2）然后temp的next指向p1
（3）p1移动至temp
（4）temp移动至p2

//链表反转
void LinkList::reverse()
{ListNode* temp = head;head = tail;tail = temp;ListNode* after = temp->next;ListNode* before = nullptr;for (int i = 0; i < length; i++) {after = temp->next;temp->next = before;before = temp;temp = after;}
}