C++ 双向循环链表类模版实例详解
时间：2023-03-17 13:21:53 | 栏目：C代码 | 点击：次
在上章C++图解单向链表类模板和iterator迭代器类模版详解
我们学习了单链表,所以本章来学习双向循环链表
我们在上个文章代码上进行修改, 由于双向循环链表在我们之前学的单链表上相对于较为复杂,所以需要注意的细节如下所示.
1.插入某个节点流程
如下图所示:
对应代码如下所示:
/*插入一个新的节点*/
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一个新节点
node->next = pre->next; // 将node新节点的next链接到下个节点
node->prev = pre; // 将node新节点的prev链接到pre上个节点
pre->next->prev = node; // 将下个节点的prev链接到node新节点
pre->next = node; // 将上个节点的next链接到node新节点
m_length +=1;
return true;
}
2.构造函数修改
在构造函数中,需要将头节点的next和prev都指向自己,从而实现一个闭环状态,代码如下所示:
LinkedList() { m_header.next = &m_header; m_header.prev = &m_header; m_length = 0; }
3.重新实现append和prepend函数
因为是个双向循环链表,所以我们很轻松的就能获取到表头节点和表尾节点,代码如下所示:
void append(const T &value)
{
Node* node = new Node(value); // new一个新节点
node->next = &m_header; // 新节点的下个节点为头节点
node->prev = m_header.prev; // 新节点的上个节点为末尾节点
node->prev->next = node; // 新节点的上个节点的下个节点为新节点
m_header.prev = node; // 开头节点的上个节点为i
m_length +=1;
}
void prepend(const T &value)
{
Node* node = new Node(value); // new一个新节点
node->next = m_header.next; // 新节点的下个节点为头节点的next
node->prev = &m_header; // 新节点的上个节点为头节点
m_header.next = node; // 设置头结点下个节点为node
node->next->prev = node; // 设置之前的节点前驱节点
m_length +=1;
}
4.修改迭代器类
由于现在是循环双链表,所以每个节点的next都是有值的,所以我们需要判断m_current当前指标是否等于头节点,如果等于则表示已经到链表末尾了.所以代码如下所示:
bool hasNext() { return (m_current && m_current != list->constHeader()); }
由于现在有prev成员,所以需要增加向前遍历函数:
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代码如下
#ifndef LinkedLIST_H
#define LinkedLIST_H
#include "throw.h"
// throw.h里面定义了一个ThrowException抛异常的宏,如下所示:
//#include <iostream>
//using namespace std;
//#define ThrowException(errMsg) {cout<<__FILE__<<" LINE"<<__LINE__<<": "<<errMsg<<endl; (throw errMsg);}
/*链表节点类模板*/
template <typename T>
struct LinkedNode
{
inline LinkedNode(){ }
inline LinkedNode(const T &arg): value(arg) { }
LinkedNode *prev; // 前驱结点
LinkedNode *next; // 后驱节点
T value; // 节点值
};
/*链表类模板*/
template <class T>
class LinkedList
{
protected:
typedef LinkedNode<T> Node;
mutable Node m_header; // 头节点
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一个新节点
node->next = &m_header; // 新节点的下个节点为头节点
node->prev = m_header.prev; // 新节点的上个节点为末尾节点
node->prev->next = node; // 新节点的上个节点的下个节点为新节点
m_header.prev = node; // 开头节点的上个节点为i
m_length +=1;
}
void prepend(const T &value)
{
Node* node = new Node(value); // new一个新节点
node->next = m_header.next; // 新节点的下个节点为头节点的next
node->prev = &m_header; // 新节点的上个节点为头节点
m_header.next = node; // 设置头结点下个节点为node
node->next->prev = node; // 设置之前的节点前驱节点
m_length +=1;
}
/*获取i位置处的节点*/
Node* getNode(int i)
{
Node* ret = &m_header;
while((i--)>-1) { // 由于有头节点所以,i为0时,其实ret = m_header->n
ret = ret->next;
}
return ret;
}
/*插入一个新的节点*/
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一个新节点
node->next = pre->next; // 将node新节点的next链接到下个节点
node->prev = pre; // 将node新节点的prev链接到pre上个节点
pre->next->prev = node; // 将下个节点的prev链接到node新节点
pre->next = node; // 将上个节点的next链接到node新节点
m_length +=1;
return true;
}
/*删除一个节点*/
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; // 获取要删除的节点
pre->next = current->next; // 将上个节点的next链接到前一个的next中
current->next->prev = pre; // 将下个节点的prev链接到pre节点
delete current; // delete空闲的节点
m_length -=1;
return true;
}
/*获取节点数据*/
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;
}
/*设置节点*/
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;
}
/*在链表中向前查找value所在的索引号.默认从from索引号0(表头)开始.如果未找到则返回-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;
}
};
/*链表迭代器类模板*/
template <class T>
class LinkedListIterator
{
typedef LinkedNode<T> Node;
LinkedList<T> *list;
Node *m_current; // 当前指标
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.测试运行
测试代码如下所示:
LinkedList<int> list;
for(int i = 0; i< 5; i++)
list.append(i);
LinkedListIterator<int> it(list);
cout<<"list.length:"<<list.length()<<endl;
// 向后遍历
it.toBegin();
while (it.hasNext())
cout<<"next:"<<it.next()<<endl;
cout<<endl;
// 向前遍历
it.toEnd(); // 将指标移动到尾结点
while (it.hasPrev())
cout<<"previous:"<<it.previous()<<endl;
运行打印:
while循环打印30次,代码如下所示:
it.toBegin();
int i = 30;
while(i--) {
if (it.hasHeader()) it.next(); // 如果到头结点,需要舍弃掉
cout<<"i:"<<i<<" value:"<<it.next()<<endl;
}