用C++模板描述的連結串列、棧、佇列（宣告與實現） (轉)

用C++模板描述的連結串列、棧、佇列（宣告與實現） (轉)[@more@]

主要參考書是《資料結構（用面向方法與C++描述）》殷人昆等編著，清華大學出版社。原書看起來很費事，顯而易見的把教學目的和提供例項的目的搞混了，結果是個四不象：作為教科書，條理不清晰；提供各個方法的實現，也不是很實用，相反，重複建設太多。但是，這是清華的考研參考書目，一定有許多人和我一樣在研讀此書。我把我重新定義的類和實現發表出來，就是希望和我一樣的人，或者是打算學習資料結構而選擇了這本書的人，能更好的理解和學習。當然，如果你想使用這些資料結構，又不想學STL，這些類也能幫你達成目的。

我照著原書的類名和對應的名，寫下了如下的類的定義，部分程式碼採用了原書的。把成員函式的實現寫在類定義裡，完全是為了將就VC++6的ClassView，不然一雙擊一個成員函式，就蹦出來“我找不到它的實現”，而實際上，一般我們都看的是ClassView顯示的類的介面，很少去看類的定義。
這是第一部分，馬上我會完成樹等結構。我只測試了int型別各個成員函式的正確性，並且也沒做什麼“極端測試”，歡迎測試。另外，歡迎反映這樣的定義是否好看些，容易懂些。

#ifndef Node_H
#define Node_H

template class Node //單鏈節點類
{
public:
 Type data;
 Node *link;
 Node() : data(Type()), link(NULL) {} 
 Node(const Type &item) : data(item), link(NULL) {}
};

#endif
說明：因為資料結構裡用到這個結構的地方太多了，如果用原書那種宣告友元的做法，那宣告不知道要比這個類的本身長多少。不如開放成員，事實上，這種結構只是C中的struct，除了為了方便初始化一下，不需要任何的方法，原書那是畫蛇添足。

一點重要的修改：原書的預設建構函式是這樣的Node() : data(NULL), link(NULL) {} 。我原來也是照著寫的，結果當我做擴充時發現這樣是不對的。當Type為結構而不是簡單型別（int、……），不能簡單賦NULL值。這樣做使得定義的模板只能用於很少的簡單型別。顯然，這裡應該Type的預設建構函式。 這也要求，用在這裡的類一定要有預設建構函式。在下面可以看到構造連結串列時，使用了這個預設建構函式。當然，這裡是約定帶表頭節點的連結串列，不帶頭節點的情況請大家自己思考。 

下面可以看到，連結串列的public部分沒有返回Node或者Node*的函式，所以，別的類不可能用這個開放的介面對連結串列中的節點操作。

#ifndef List_H
#define List_H

#include "Node.h"

template class List //單連結串列定義
{
//基本上無引數的成員函式操作的都是當前節點，即current指的節點
//認為表中“第1個節點”是第0個節點，請注意，即表長為1時，最後一個節點是第0個節點
public:
 List() { first = current = last = new Node(); prior = NULL; }
 ~List() { MakeEmpty(); delete first; }
 
 void MakeEmpty() //置空表
 { 
 Node *q;
 while (first->link != NULL)
 {
 q = first->link;
 first->link = q->link;
 delete q;
 }
 Initialize()
 }
 
 BOOL IsEmpty()
 {
 if (first->link == NULL)
 {
 Initialize();
 return TURE;
 }
 else return FALSE;
 }
 
 int Length() const  //計算帶表頭節點的單連結串列長度 
 {
 Node *p = first->link;
 int count = 0;
 while (p != NULL)
 {
 p = p->link;
 count++;
 }
 return count;
 }

 Type *Get()//返回當前節點的資料域的地址
 {
 if (current != NULL) return &current->data;
 else return NULL;
 }

 Type *GetNext()//返回當前節點的下一個節點的資料域的地址，不改變current
 {
 if (current->link != NULL) return &current->link->data;
 else return NULL;
 }

 Type *Next()//移動current到下一個節點，返回節點資料域的地址
 {
 if (current != NULL && current->link != NULL)
 {
 prior = current;
 current = current->link;
 return &current->data;
 }
 else
 {
 return NULL;
 }
 }

 void Insert(const Type &value)//在當前節點的後面插入節點，不改變current
 {
 Node *p = new Node(value);
 p->link = current->link;
 current->link = p;
 }

 BOOL InsertBefore(const Type &value)//在當前節點的前面插入一節點，不改變current，改變prior
 {
 Node *p = new Node(value);
 if (prior != NULL)
 {
 p->link = current;
 prior->link = p;
 prior = p;
 return TURE;
 }
 else return FALSE;
 } 

 BOOL Locate(int i)//移動current到第i個節點
 {
 if (i <= -1) return FALSE;
 current = first->link;
 for (int j = 0; current != NULL && j < i; j++, current = current->link)
 prior = current;
 if (current != NULL) return TURE;
 else return FALSE;
 }

 void First()//移動current到表頭
 {
 current = first;
 prior = NULL;
 }
 void End()//移動current到表尾，同時使last真正指向表尾
 {
 if (last->link != NULL)
 {
 for ( ;current->link != NULL; current = current->link)
 prior = current;
 }

 last = current;
 }

 BOOL Find(const Type &value)//移動current到資料等於value的節點
 {
 for (current = first; current != NULL && current->data != value;
 current = current->link)
 prior = current;
 if (current != NULL) return TURE;
 else return FALSE;
 }

 BOOL Remove()//刪除當前節點，current指向下一個節點，如果current在表尾，後current = NULL
 {
 if (current != NULL && prior != NULL)
 {
 Node *p = current;
 prior->link = p->link;
 current = p->link;
 delete p;
 return TURE;
 }
 else return FALSE;
 }

 BOOL RemoveAfter()//刪除當前節點的下一個節點，不改變current
 {
 if (current->link != NULL && current != NULL)
 {
 Node *p = current->link;
 current->link = p->link;
 delete p;
 return TURE; 
 }
 else return FALSE;
 }

friend ostream & operator << (ostream & strm, List &l)
{
 l.First();
 while (l.current->link != NULL) st<< *l.Next() << " " ;
 strm << endl;
 return strm;
 l.First();
}

protected:

void Initialize()//當表為空表時使指標復位
 {
 current = last = first;
 prior = NULL;
 }

 /*主要是為了高效的入隊演算法所新增的。因為Insert()，Remove()，RemoveAfter()有可能改變last但沒有改變last所以這個演算法如果在public裡除非不使用這些，否則不正確。但是last除了在佇列中非常有用外，其他的時候很少用到，沒有必要為了這個用途而降低Insert()，Remove()的所以把這部分放到protected，實際上主要是為了給佇列繼承*/
 void LastInsert(const Type &value)
 {
 Node *p = new Node(value);
 last->link = p;
 last = p;
 } //這部分函式返回型別為Node指標,是擴充套件List功能的介面
 Node *pGet()
 {
 return current;
 }

 Node *pNext()
 {
 current = current->link;
 return current;
 }

 Node *pGetNext()
 {
 return current->link;
 }
 //這部分插入刪除函式不建立或刪除節點，是原位操作的介面
 void Insert(Node *p)
 {
 p->link = current->link;
 current->link = p;
 }

 void InsertBefore(Node *p)
 {
 p->link = current;
 prior->link = p;
 piror = p;
 } 
 
 void LastInsert(Node *p)
 {
 p->link = NULL;
 last->link = p;
 last = p;
 }

 Node *pRemove()
 { 
 if (current != NULL && prior != NULL)
 {
 Node *p = current;
 prior->link = current->link;
 current = current->link;
 return p;
 }
 else return NULL;
 }

 Node *pRemoveAfter()
 {
 if (current->link != NULL && current != NULL)
 {
 Node *p = current->link;
 current->link = current->link->link;
 return p; 
 }
 else return NULL;
 }

 

private:

 List(const List &l);

 Node *first, *current, *prior, *last;//儘量不要使用last，如果非要使用用先用End()確保正確

};

#endif

說明：我在iostream.h加了enum BOOL { FALSE, TURE};如果報告BOOL沒有定義，自己加上。protected是功能擴充套件的介面，實際上，除了完成書上的作業，可能根本用不到這部分。將複製建構函式宣告為private，是採用了林銳的方法，防止亂用。寫完這個有點感受，就是為什麼要加上存取限制：能在編譯階段找出錯誤總比執行起來莫名其妙的錯誤解決起來容易。

#ifndef Stack_H
#define Stack_H

#include "List.h"

template class Stack : List//棧類定義
{
 
public:
 /*私有繼承List類的方法
 List類初始化時current = first，所以棧頂指標top = current->link；
 因此,入棧操作就是在current位置後插一節點；
 出棧操作就是先返回current後面元素，然後在current位置後刪一節點；
 置空棧操作同置空表操作；
 判空棧操作同判空表操作；*/

 void Push(Type value)
 {
 Insert(value);
 }

 Type Pop()
 {
 //不須執行判空操作，因為連續執行Pop時前面必定執行判空，
 //而GetNext()和RemoveAfter()沒有副作用，頂多返回NULL和FALSE
 Type p = *GetNext();
 RemoveAfter();
 return p;
 }

 Type GetTop()
 {
 return *GetNext();
 }
 
 List ::MakeEmpty;

 List ::IsEmpty;
 
};

#endif

說明：可以比較原書，原書那叫重複建設，而且，也不利於理解。

#ifndef Queue_H
#define Queue_H

#include "List.h"

template class Queue : List//佇列定義
{
/* 私有繼承List類的方法，初始化時current = first
因此，佇列的頭指標指向current->link，尾指標為last
入隊時，執行LastInsert()，連帶修改last，只在這裡使用，這個演算法就是正確的
出隊時，先返回current後面的元素，然後刪除current後面的節點*/
public:
 void EnQueue(const Type &value)
 {
 LastInsert(value);
 }
 
 Type DeQueue()
 { 
 //不須執行判空操作，因為連續執行DeQueue時前面必定執行判空，
 //而GetNext()和RemoveAfter()沒有副作用，頂多返回NULL和FALSE
 Type p = *GetNext();
 RemoveAfter();
  IsEmpty();//出隊後如果變成空隊要復位last指標
 return p;
 }

 Type GetFront()
 {
 return *GetNext();
 }

 List ::MakeEmpty;

 List ::IsEmpty;
};

#endif

說明：很顯然，從連結串列繼承省掉了大量程式碼和構思，原書雖然想用物件導向的方法描述，但忽視了繼承。做了大量重複建設，而且讓人理解起來也很艱辛。

只是簡單測試了int型別各個函式能否工作，歡迎多提意見。

#include
#include "List.h"
#include "Stack.h"
#include "Queue.h"

void ListTest();
void StackTest();
void QueueTest();

void main()
{
 ListTest();
 StackTest();
 QueueTest();
 }

void ListTest()
{
 cout << "連結串列測試" << endl;
 cout << "下面構造一個連結串列" << endl;
 List a;
 cout << "連結串列是空的嗎?" << a.IsEmpty() << endl;
 cout << "執行後插入操作" << endl;
 for (int i = 0; i < 20; i++) a.Insert(i);
 cout << "連結串列當前內容:" << endl;
 cout << a;
 cout << "表長是" << a.Length() << endl;
 a.Locate(4);
 a.Remove();
 cout << "刪除第4個元素後:" << endl;
 cout << a;
 a.Find(3);
 a.Remove();
 cout << "刪除元素3後:" << endl;
 cout << a;
 a.Find(7);
 cout << "在元素7前插入24後:" << endl;
 a.InsertBefore(24);
 cout << a;
 cout << "在元素9後插入25後:" << endl;
 a.Find(9);
 a.Insert(25);
 cout << a;
 cout << "第7個元素是:" << endl;
 a.Locate(7);
 cout << *a.Get();
 cout << "接下來是:" << *a.GetNext() << endl;
 cout << "刪掉它後:" << endl;
 a.RemoveAfter();
 cout << a;
 cout << "在表尾後面插入元素78" << endl;
 a.End();
 a.Insert(78);
 cout << a;
 cout << "置空表後表的內容為" << endl;
 a.MakeEmpty();
 cout << a;
 cout << endl;
}

void StackTest()
{
 cout << "棧測試" << endl;
 cout << "下面構造一個棧" << endl;
 Stack a;
 cout << "棧現在是空的嗎?" << a.IsEmpty() << endl;
 cout << "將0～19入棧" << endl;
 for (int i = 0; i < 20; i++) a.Push(i);
 cout << "棧現在是空的嗎?" << a.IsEmpty() << endl;
 cout << "全部出棧" << endl;
 while (!a.IsEmpty()) cout << a.Pop() << " ";
 cout << endl;
 cout << "棧現在是空的嗎?" << a.IsEmpty() << endl;
 cout << "將0～19入棧" << endl;
 for (i = 0; i < 20; i++) a.Push(i);
 cout << "棧頂元素是：" << a.GetTop() << endl;
 cout << "置空棧" << endl;
 a.MakeEmpty();
 cout << "棧現在是空的嗎?" << a.IsEmpty() << endl;
 cout << endl;
}

void QueueTest()
{
 cout << "佇列測試" << endl;
 cout << "從下面構造一個佇列" << endl;
 Queue a;
 cout << "佇列現在是空的嗎?" << a.IsEmpty() << endl;
 cout << "將0～19入隊" << endl;
 for (int i = 0; i < 20; i++) a.EnQueue(i);
 cout << "佇列現在是空的嗎?" << a.IsEmpty() << endl;
 cout << "全部出隊" << endl;
 while (!a.IsEmpty()) cout << a.DeQueue() << " ";
 cout << endl;
 cout << "佇列現在是空的嗎?" << a.IsEmpty() << endl;
 cout << "將0～19入隊" << endl;
 for (i = 0; i < 20; i++) a.EnQueue(i);
 cout << "隊頭元素是：" << a.GetFront() << endl;
 cout << "置空隊" << endl;
 a.MakeEmpty();
 cout << "佇列現在是空的嗎?" << a.IsEmpty() << endl;
}

 

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