C++ 雙向迴圈連結串列類模版範例詳解

2022-02-25 19:01:24

1.插入某個節點流程

如下圖所示:

對應程式碼如下所示:

   /*插入一個新的節點*/
    bool insert(int i, const T& value)
    {
        if (!((i>=0) && (i<=m_length))) {
            ThrowException("Invalid parameter i to get value ...");
            return false;
        }
        Node* pre = getNode(i-1);
        Node* node = new Node(value);    // new一個新節點
        node->next = pre->next;          // 將node新節點的next連結到下個節點
        node->prev = pre;                // 將node新節點的prev連結到pre上個節點
        pre->next->prev = node;          // 將下個節點的prev連結到node新節點
        pre->next = node;                // 將上個節點的next連結到node新節點
        m_length +=1;
        return true;
    }

2.建構函式修改

在建構函式中,需要將頭節點的next和prev都指向自己,從而實現一個閉環狀態,程式碼如下所示:

LinkedList() { m_header.next = &m_header; m_header.prev = &m_header;    m_length = 0; }

3.重新實現append和prepend函數

因為是個雙向迴圈連結串列,所以我們很輕鬆的就能獲取到表頭節點和表尾節點,程式碼如下所示:

    void append(const T &value)
    {
         Node* node = new Node(value);    // new一個新節點
         node->next = &m_header;          // 新節點的下個節點為頭節點
         node->prev = m_header.prev;      // 新節點的上個節點為末尾節點
         node->prev->next = node;         // 新節點的上個節點的下個節點為新節點
         m_header.prev = node;            // 開頭節點的上個節點為i
         m_length +=1;
    }
    void prepend(const T &value)
    {
        Node* node = new Node(value);    // new一個新節點
        node->next = m_header.next;      // 新節點的下個節點為頭節點的next
        node->prev = &m_header;          // 新節點的上個節點為頭節點
        m_header.next = node;            // 設定頭結點下個節點為node
        node->next->prev = node;         // 設定之前的節點前驅節點
        m_length +=1;
    }

4.修改迭代器類

由於現在是迴圈雙連結串列,所以每個節點的next都是有值的,所以我們需要判斷m_current當前指標是否等於頭節點,如果等於則表示已經到連結串列末尾了.所以程式碼如下所示:

bool hasNext()  {  return  (m_current && m_current != list->constHeader()); }

由於現在有prev成員,所以需要增加向前遍歷函數:

void toEnd() {  m_current = list->constHeader()->prev; }
bool hasPrev()  { return  (m_current && m_current != list->constHeader()); }
T& previous() { Node *ret = m_current;  m_current = m_current->prev; return ret->value; }

5.LinkedList.h程式碼如下

#ifndef LinkedLIST_H
#define LinkedLIST_H
#include "throw.h"
// throw.h裡面定義了一個ThrowException拋異常的宏,如下所示:
//#include <iostream>
//using namespace std;
//#define ThrowException(errMsg)  {cout<<__FILE__<<" LINE"<<__LINE__<<": "<<errMsg<<endl; (throw errMsg);}
/*連結串列節點類別範本*/
template <typename T>
struct LinkedNode
{
    inline LinkedNode(){ }
    inline LinkedNode(const T &arg): value(arg) { }
    LinkedNode *prev;         // 前驅結點
    LinkedNode *next;         // 後驅節點
    T value;                  // 節點值
};
/*連結串列類別範本*/
template <class T>
class LinkedList
{
protected:
    typedef LinkedNode<T> Node;
    mutable Node m_header;          // 頭節點
    int m_length;
public:
    LinkedList() { m_header.next = &m_header; m_header.prev = &m_header;    m_length = 0; }
    ~LinkedList() { clear(); }
    int length()  {return m_length;}
    Node* begin() {return m_header.next;}
    inline Node* constHeader() const  { return &m_header; }
    static bool rangeValid(int i,int len)  {return ((i>=0) && (i<len));}
    inline bool isEmpty() const { return m_length == 0; }
    void append(const T &value)
    {
         Node* node = new Node(value);    // new一個新節點
         node->next = &m_header;          // 新節點的下個節點為頭節點
         node->prev = m_header.prev;      // 新節點的上個節點為末尾節點
         node->prev->next = node;         // 新節點的上個節點的下個節點為新節點
         m_header.prev = node;            // 開頭節點的上個節點為i
         m_length +=1;
    }
    void prepend(const T &value)
    {
        Node* node = new Node(value);    // new一個新節點
        node->next = m_header.next;      // 新節點的下個節點為頭節點的next
        node->prev = &m_header;          // 新節點的上個節點為頭節點
        m_header.next = node;            // 設定頭結點下個節點為node
        node->next->prev = node;         // 設定之前的節點前驅節點
        m_length +=1;
    }
    /*獲取i位置處的節點*/
    Node* getNode(int i)
    {
        Node* ret = &m_header;
        while((i--)>-1) {       // 由於有頭節點所以,i為0時,其實ret = m_header->n
            ret = ret->next;
        }
        return ret;
    }
    /*插入一個新的節點*/
    bool insert(int i, const T& value)
    {
        if (!((i>=0) && (i<=m_length))) {
            ThrowException("Invalid parameter i to get value ...");
            return false;
        }
        Node* pre = getNode(i-1);
        Node* node = new Node(value);    // new一個新節點
        node->next = pre->next;          // 將node新節點的next連結到下個節點
        node->prev = pre;                // 將node新節點的prev連結到pre上個節點
        pre->next->prev = node;          // 將下個節點的prev連結到node新節點
        pre->next = node;                // 將上個節點的next連結到node新節點
        m_length +=1;
        return true;
    }
    /*刪除一個節點*/
    bool remove(int i)
    {
        if (!rangeValid(i, m_length)) {
            ThrowException("Invalid parameter i to get value ...");
            return false;
        }
        Node* pre = getNode(i-1);
        Node* current = pre->next;		 // 獲取要刪除的節點
        pre->next = current->next;       // 將上個節點的next連結到前一個的next中
        current->next->prev = pre;       // 將下個節點的prev連結到pre節點
        delete current;                  // delete空閒的節點
        m_length -=1;
        return true;
    }
    /*獲取節點資料*/
    T get(int i)
    {
        T ret;
        if (!rangeValid(i, m_length)) {
            ThrowException("Invalid parameter i to get value ...");
        } else {
            ret = getNode(i)->value;
        }
        return ret;
    }
    /*設定節點*/
    bool set(int i, const T& value)
    {
        if (!rangeValid(i, m_length)) {
            ThrowException("Invalid parameter i to get value ...");
            return false;
        }
        getNode(i)->value = value;
        return true;
    }
    void clear()
    {
        while(m_length > 0) {
            remove(0);
        }
    }
    LinkedList<T>& operator << (const T& value)
    {
        append(value);
        return *this;
    }
    /*在連結串列中向前查詢value所在的索引號.預設從from索引號0(表頭)開始.如果未找到則返回-1.*/
    int indexOf(const T &value, int from =0)
    {
        int ret = 0;
        Node* node = m_header.next;
        while(node) {
           if (ret >= from && node->value == value) {
               return ret;
           }
           node = node->next;
           ret+=1;
        }
        return -1;
    }
};
/*連結串列迭代器類別範本*/
template <class T>
class LinkedListIterator
{
    typedef LinkedNode<T> Node;
    LinkedList<T> *list;
    Node *m_current;     // 當前指標
public:
    explicit LinkedListIterator(LinkedList<T> &l):list(&l) { m_current = l.begin(); }
    void toBegin() { m_current = list->begin(); }
    void toEnd() {  m_current = list->constHeader()->prev; }
    bool hasHeader()  { return (m_current && m_current == list->constHeader()); }
    bool hasNext()  {  return  (m_current && m_current != list->constHeader()); }
    T& next() { Node *ret = m_current;  m_current = m_current->next; return ret->value; }
    bool hasPrev()  { return  (m_current && m_current != list->constHeader()); }
    T& previous() { Node *ret = m_current;  m_current = m_current->prev; return ret->value; }
    T& value()
    {
        if (m_current == nullptr) {
            ThrowException(" Current value is empty ...");
        }
        return m_current->value;
    }
    T& move(int i)  {
        if (!list->rangeValid(i, list->length())) {
            ThrowException("Invalid parameter i to get value ...");
        }
        m_current = list->getNode(i);
        return value();
    }
};
#endif // LinkedLIST_H

6.測試執行

測試程式碼如下所示:

    LinkedList<int> list;
    for(int i = 0; i< 5; i++)
      list.append(i);
    LinkedListIterator<int> it(list);
    cout<<"list.length:"<<list.length()<<endl;
    // 向後遍歷
    it.toBegin();
    while (it.hasNext())
        cout<<"next:"<<it.next()<<endl;
    cout<<endl;
    // 向前遍歷
    it.toEnd();                 // 將指標移動到尾結點
    while (it.hasPrev())
        cout<<"previous:"<<it.previous()<<endl;

執行列印:

while迴圈列印30次,程式碼如下所示:

    it.toBegin();
    int i = 30;
    while(i--) {
        if (it.hasHeader()) it.next();      // 如果到頭結點,需要捨棄掉
        cout<<"i:"<<i<<" value:"<<it.next()<<endl;
    }

總結

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