从0开始学C++ 第二十七课数据结构入门

从0开始学C++ 第二十七课数据结构入门 - 数组与链表

第二十七课：数据结构入门 - 数组与链表

学习目标：

理解数组的基本概念和操作。
掌握链表的基本结构与特点。
学会在C++中定义和操作数组和链表。
了解数组和链表的基本使用场景。

学习内容：

数组（Array）
- 概念：数组是一种线性数据结构，用一段连续的内存空间来存储一系列相同类型的元素。
- 参数用法：
  - 索引（Index）：数组中每个元素的位置，通常从0开始。
  - 长度（Length）：数组中元素的数量，确定数组大小的属性。
- 代码示例：
```
#include <iostream>
using namespace std;int main() {int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; // 声明并初始化一个整型数组// 访问并打印数组元素for (int i = 0; i < 5; i++) {cout << "Element at index " << i << ": " << arr[i] << endl;}return 0;
}
```
- 预计输出效果：
```
Element at index 0: 1
Element at index 1: 2
Element at index 2: 3
Element at index 3: 4
Element at index 4: 5
```
- 使用场景：数组通常用于存储固定数目的元素，适合快速地通过索引查询元素。

链表（LinkedList）

概念：链表是一种线性结构，由一系列不必在内存中连续存储的元素组成，每个元素均包含数据部分和指向下一个元素的指针。
参数用法：
- 节点（Node）：链表中的元素，包含数据和指向下一个节点的指针。
- 头指针（Head）：指向链表的第一个节点的指针。

代码示例：

#include <iostream>
using namespace std;// 定义链表节点结构体
struct Node {int data;Node* next;
};// 打印链表函数
void printList(Node* n) {while (n != nullptr) {cout << n->data << " ";n = n->next;}cout << endl;
}int main() {Node* head = new Node();Node* second = new Node();Node* third = new Node();head->data = 1; // 赋值head->next = second; // 指向下一个节点second->data = 2;second->next = third;third->data = 3;third->next = nullptr;printList(head); // 打印链表return 0;
}

预计输出效果：
```
1 2 3
```
使用场景：链表适合于元素数量变动较大的情况，便于插入和删除元素，但访问特定位置的元素较慢。

链表遍历与插入

链表的遍历
- 链表的遍历意味着按照链表的指针从头到尾访问每个节点。
- 遍历通常使用循环或递归来完成。
链表中的数据插入
- 链表中的数据可以在头部、尾部或任意给定节点后插入。
- 插入操作需要更改节点的指针以维护链表的结构。

链表的节点定义示例（C++）：

class ListNode {
public:int val;ListNode *next;ListNode(int x) : val(x), next(nullptr)};

遍历链表示例（C++）：

void traverseList(ListNode* head) {ListNode* temp = head;while(temp != nullptr) {cout << temp->val << " ";temp = temp->next;}cout << endl;
}

链表中数据插入示例（C++）：

在头部插入：

ListNode* insertAtHead(ListNode* head, int x) {ListNode* newNode = new ListNode(x);newNode->next = head;head = newNode;return head;
}

在尾部插入：

ListNode* insertAtTail(ListNode* head, int x) {ListNode* newNode = new ListNode(x);if(head == nullptr) {return newNode;}ListNode* temp = head;while(temp->next != nullptr) {temp = temp->next;}temp->next = newNode;return head;
}

在给定节点后插入：

void insertAfterNode(ListNode* prevNode, int x) {if(prevNode == nullptr) {cout << "The given previous node cannot be null." << endl;return;}ListNode* newNode = new ListNode(x);newNode->next = prevNode->next;prevNode->next = newNode;
}

练习题：

实现一个单链表，并定义一个函数遍历此链表。
写出一个函数，在单链表的头部插入一个节点。
写出一个函数，在单链表的尾部插入一个节点。
写出一个函数，在单链表的某个节点后插入一个新节点。

#include <iostream>class ListNode {
public:int val;ListNode *next;ListNode(int x) : val(x), next(nullptr)};class SinglyLinkedList {
public:ListNode *head;SinglyLinkedList() : head(nullptr)    // 遍历链表void traverseList() {ListNode *temp = head;while (temp != nullptr) {std::cout << temp->val << " ";temp = temp->next;}std::cout << std::endl;}// 在头部插入节点void insertAtHead(int x) {ListNode *newNode = new ListNode(x);newNode->next = head;head = newNode;}// 在尾部插入节点void insertAtTail(int x) {ListNode *newNode = new ListNode(x);if (head == nullptr) {head = newNode;} else {ListNode *temp = head;while (temp->next != nullptr) {temp = temp->next;}temp->next = newNode;}}// 在某个节点后插入新节点void insertAfterNode(ListNode *prevNode, int x) {if (prevNode == nullptr) {std::cout << "The given previous node cannot be null." << std::endl;return;}ListNode *newNode = new ListNode(x);newNode->next = prevNode->next;prevNode->next = newNode;}
};int main() {SinglyLinkedList list;// 在链表头部插入节点list.insertAtHead(5);list.insertAtHead(3);list.insertAtHead(1);// 在链表尾部插入节点list.insertAtTail(7);list.insertAtTail(9);// 遍历链表list.traverseList();// 在链表中第一个节点后插入新节点list.insertAfterNode(list.head, 2);// 再次遍历链表list.traverseList();return 0;
}