【原創】淺談指標（十）連結串列的寫法

計算機知識雜談發表於2022-03-06
指標

前言

最近我又來更新這個系列了，其實感覺指標對於我們還是非常重要的存在。指標之所以是初學者們的“噩夢”，它的難度源於它的靈活性。
這篇文章，我想要來寫一下指標的實際運用，如果指標只是一些考試的考題，那就沒有意義了。最重要的，指標在C語言，乃至C++，都是不可或缺的一部分。

連結串列的簡單回顧

連結串列是一種資料結構。

對於一個連結串列來說，每個結點有兩個域，即資料域和指標域，資料域是用來存放這個連結串列的數字，指標域用來存放下一個結點的地址。特別的，最後一個結點的指標域設為NULL。
這樣，就不需要讓整個連結串列順序儲存了。

對於資料的插入和刪除操作，連結串列只需要新建結點即可：

插入和刪除的時間複雜度是O(1)，不需要移動元素。而對於普通的線性表，需要移動資料，因此時間複雜度為O(n)。

結構體宣告

對於連結串列的結構體，我們可以這樣寫：

typedef struct List{
	int data;
	List *next;
	List(int x){
		this->data=x;
		next=NULL;
	}
};
List *lst;

data是資料域，next是指標域。

其中，List(x)是一個建構函式，這樣在使用new進行結點分配的時候可以簡便書寫。分配的時候就需要這樣寫：

l=new List(x);

這個建構函式做了兩件事：一個是把data進行賦值，一個是把next設為NULL。

補充1：this指標
其中，寫this->data，this是指這個結構體本身，例如呼叫：

l=new List(x);

此時this就指向l。this是一個特殊的指標。有一種形象的比喻方式：

當你進入一個房子後，你可以看見桌子、椅子、地板等，但是房子你是看不到全貌了。
對於一個類的例項來說，你可以看到它的成員函式、成員變數，但是例項本身呢？
this是一個指標，它時時刻刻指向你這個例項本身。

當然，這裡不寫this也是可以的。這只是寫法問題。

補充2：->運算子
這個運算子，我們一般稱為“箭頭運算子”。
假設我們有現在下面的一個結構體：

struct info{
  string name;
  int age;
}

如果現在有一個普通變數x，那麼引用其中的age，寫作：x.age
如果現在有一個指標變數p，那麼引用其中的age，要寫作p->age
也就是說，對於一個指標結構體，引用其中的成員需要使用->運算子。
本質上，p->age等同於(*p).age，注意這裡括號雖然麻煩但是不可省略。箭頭運算子只是一種簡便寫法。

在連結串列的最後新增元素

我們知道，如果一個連結串列的當前結點為NULL，那麼它必定是最後的結點。因此，我們可以採用遞迴的寫法，如果連結串列當前節點不為NULL，那麼就下一個結點。

void add(List *&l,int x){
	if(l==NULL){
		l=new List(x);
		return;
	}
	else add(l->next,x);
}

l=new List(x);，之前說過的建構函式寫法。
add(l->next,x)表示找下一個結點。

補充3：*&是什麼鬼！

我們知道，&是引用傳遞引數。我之前的淺談指標（三）寫過，網頁連結
如果懶得在原文找的話，我這裡直接把原文貼出來了：

在這裡，*表示指標，&表示引用傳遞，那麼加在一起就是指標的引用傳遞，雖然宣告看上去很煩，但是理解了也就是這麼回事。

輸出連結串列的所有元素

毫無難度的函式，我直接貼出來了，邏輯和add函式類似。

void write(List *l){
	if(l==NULL)return;
	else{
		printf("%d ",l->data);
		write(l->next);
	}
}

插入元素

連結串列的靈活之處就是它的插入和刪除函式。
如下圖所示，我們要在2之後插入一個10：

首先，我們需要把10和3連線起來，否則一旦斷掉2和3之間的連線，那麼整個連結串列就直接分離了，無法再找到3的位置。

下一步，就是把2和10連線起來，同時斷開2和3的連線。

這樣就把插入的操作完成了，其實本質是很簡單了。

void insert(int pos,List *&l,int x){
	if(pos==1){
		List *p=new List(x);
		p->next=l->next;
		l->next=p;
	}
	else insert(pos-1,l->next,x);
}

為了找到待插入的位置pos，我們可以採用遞迴的方法，每往後一個結點pos-1，最終當pos=1時就到了想要的位置。

刪除元素

同樣的連結串列，假設刪除其中的3：

首先，先新建一個指標，指向3，否則後續操作過後就無法釋放這塊記憶體：

第二步，把2連線到4上面去。

最後，釋放這個新建的指標，本質就是釋放3。

程式碼還是一樣，注意最終到pos=2就要停止了，這個演算法無法刪除首個結點的位置。

void remove(int pos,List *&l){
	if(pos==2){
		List *p=l->next;
		l->next=l->next->next;
		delete p;
	}
	else remove(pos-1,l->next);
}

完整思路

一套完整的連結串列寫下來也是有四五十行程式碼的，完整程式碼如下：

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
typedef struct List{
	int data;
	List *next;
	List(int x){
		this->data=x;
		next=NULL;
	}
};
List *lst;
void add(List *&l,int x){
	if(l==NULL){
		l=new List(x);
		return;
	}
	else add(l->next,x);
}
void write(List *l){
	if(l==NULL)return;
	else{
		printf("%d ",l->data);
		write(l->next);
	}
}
void insert(int pos,List *&l,int x){
	if(pos==1){
		List *p=new List(x);
		p->next=l->next;
		l->next=p;
	}
	else insert(pos-1,l->next,x);
}
void remove(int pos,List *&l){
	if(pos==2){
		List *p=l->next;
		l->next=l->next->next;
		delete p;
	}
	else remove(pos-1,l->next);
}
int main(){
	int n,m;
	scanf("%d%d",&n,&m);
	for(int i=1;i<=n;i++){
		int x;
		scanf("%d",&x);
		add(lst,x);
	}
	while(m--){
		int k;
		scanf("%d",&k);
		if(k==1){//插入操作
			int pos,val;
			scanf("%d%d",&pos,&val);
			insert(pos,lst,val);
			write(lst);putchar('\n');
		}
		else if(k==2){//刪除操作
			int pos;
			scanf("%d",&pos);
			remove(pos,lst);
			write(lst);putchar('\n');
		}
	}
	return 0;
}

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