数组、单链表和双链表

线性表是一种线性结构，它是具有相同类型的n(n≥0)个数据元素组成的有限序列。接下来介绍线性表的几个基本组成部分：数组、单向链表、双向链表。

一 数组

　　数组中稍微复杂一点的是多维数组和动态数组。对于C语言而言，多维数组本质上也是通过一维数组实现的。至于动态数组，是指数组的容量能动态增长的数组；对于C语言而言，若要提供动态数组，需要手动实现；而对于C++而言，STL提供了vector。

1.1 vector使用

（1）构造函数

• vector():创建一个空vector
• vector(int nSize):创建一个vector,元素个数为nSize
• vector(int nSize,const t& t):创建一个vector，元素个数为nSize,且值均为t
• vector(const vector&):复制构造函数
• vector(begin,end):复制[begin,end)区间内另一个数组的元素到vector中

（2）增加函数

• void push_back(const T& x):向量尾部增加一个元素X
• iterator insert(iterator it,const T& x):向量中迭代器指向元素前增加一个元素x
• iterator insert(iterator it,int n,const T& x):向量中迭代器指向元素前增加n个相同的元素x
• iterator insert(iterator it,const_iterator first,const_iterator last):向量中迭代器指向元素前插入另一个相同类型向量的[first,last)间的数据

（3）删除函数

• void pop_back():删除向量中最后一个元素
• void clear():清空向量中所有元素
• iterator erase(iterator it):删除向量中迭代器指向元素
• iterator erase(iterator first,iterator last):删除向量中[first,last)中元素

（4）遍历函数

• reference at(int pos):返回pos位置元素的引用
• iterator begin():返回向量头指针，指向第一个元素
• iterator end():返回向量尾指针，指向向量最后一个元素的下一个位置
• reverse_iterator rbegin():反向迭代器，指向最后一个元素
• reverse_iterator rend():反向迭代器，指向第一个元素之前的位置
• reference front():返回首元素的引用
• reference back():返回尾元素的引用

（5）判断函数

• bool empty() const:判断向量是否为空，若为空，则向量中无元素

（6）大小函数

• int size() const:返回向量中元素的个数
• int capacity() const:返回当前向量张红所能容纳的最大元素值
• int max_size() const:返回最大可允许的vector元素数量值

（7）其他函数

• void swap(vector&):交换两个同类型向量的数据
• void assign(int n,const T& x):设置向量中第n个元素的值为x
• void assign(const_iterator first,const_iterator last):向量中[first,last)中元素设置成当前向量元素

二 单向链表

　　链表就是由N个节点链接而成的线性表，如果其中每个节点只包含一个指针域那么就称为单链表，如果含有两个指针域那么就称为双链表。在线性表的链式存储结构中，为了便于插入和删除操作的实现，每个链表都带有一个头指针（或尾指针），通过头指针可以唯一标识该链表。从头指针所指向的节点出发，沿着节点的链可以访问到每个节点。

单链表的特点是：节点的链接方向是单向的；相对于数组来说，单链表的的随机访问速度较慢，但是单链表删除/添加数据的效率很高。

三 双向链表

　　

　　双链表中，每个节点都有两个指针，指向前驱和后继，这样可以方便地找到某个节点的前驱节点和后继节点，这在某些场合中是非常实用的。

3.1 双向链表代码实现

#include <iostream>
using namespace std;

template<class T> 
struct DNode 
{
    public:
        T value;
        DNode *prev;
        DNode *next;
    public:
        DNode() { }
        DNode(T t, DNode *prev, DNode *next) {
            this->value = t;
            this->prev  = prev;
            this->next  = next;
           }
};

template<class T> 
class DoubleLink 
{
    public:
        DoubleLink();
        ~DoubleLink();

        int size();
        int is_empty();

        T get(int index);
        T get_first();
        T get_last();

        int insert(int index, T t);
        int insert_first(T t);
        int append_last(T t);

        int del(int index);
        int delete_first();
        int delete_last();

    private:
        int count;
        DNode<T> *phead;
    private:
        DNode<T> *get_node(int index);
};

template<class T>
DoubleLink<T>::DoubleLink() : count(0)
{
    // 创建“表头”。注意：表头没有存储数据！
    phead = new DNode<T>();
    phead->prev = phead->next = phead;
    // 设置链表计数为0
    //count = 0;
}

// 析构函数
template<class T>
DoubleLink<T>::~DoubleLink() 
{
    // 删除所有的节点
    DNode<T>* ptmp;
    DNode<T>* pnode = phead->next;
    while (pnode != phead)
    {
        ptmp = pnode;
        pnode=pnode->next;
        delete ptmp;
    }

    // 删除"表头"
    delete phead;
    phead = NULL;
}

// 返回节点数目
template<class T>
int DoubleLink<T>::size() 
{
    return count;
}

// 返回链表是否为空
template<class T>
int DoubleLink<T>::is_empty() 
{
    return count==0;
}

// 获取第index位置的节点
template<class T>
DNode<T>* DoubleLink<T>::get_node(int index) 
{
    // 判断参数有效性
    if (index<0 || index>=count)
    {
        cout << "get node failed! the index in out of bound!" << endl;
        return NULL;
    }

    // 正向查找
    if (index <= count/2)
    {
        int i=0;
        DNode<T>* pindex = phead->next;
        while (i++ < index) {
            pindex = pindex->next;
        }

        return pindex;
    }

    // 反向查找
    int j=0;
    int rindex = count - index -1;
    DNode<T>* prindex = phead->prev;
    while (j++ < rindex) {
        prindex = prindex->prev;
    }

    return prindex;
}

// 获取第index位置的节点的值
template<class T>
T DoubleLink<T>::get(int index) 
{
    return get_node(index)->value;
}

// 获取第1个节点的值
template<class T>
T DoubleLink<T>::get_first() 
{
    return get_node(0)->value;
}

// 获取最后一个节点的值
template<class T>
T DoubleLink<T>::get_last() 
{
    return get_node(count-1)->value;
}

// 将节点插入到第index位置之前
template<class T>
int DoubleLink<T>::insert(int index, T t) 
{
    if (index == 0)
        return insert_first(t);

    DNode<T>* pindex = get_node(index);
    DNode<T>* pnode  = new DNode<T>(t, pindex->prev, pindex);
    pindex->prev->next = pnode;
    pindex->prev = pnode;
    count++;

    return 0;
}

// 将节点插入第一个节点处。
template<class T>
int DoubleLink<T>::insert_first(T t) 
{
    DNode<T>* pnode  = new DNode<T>(t, phead, phead->next);
    phead->next->prev = pnode;
    phead->next = pnode;
    count++;

    return 0;
}

// 将节点追加到链表的末尾
template<class T>
int DoubleLink<T>::append_last(T t) 
{
    DNode<T>* pnode = new DNode<T>(t, phead->prev, phead);
    phead->prev->next = pnode;
    phead->prev = pnode;
    count++;

    return 0;
}

// 删除index位置的节点
template<class T>
int DoubleLink<T>::del(int index) 
{
    DNode<T>* pindex = get_node(index);
    pindex->next->prev = pindex->prev;
    pindex->prev->next = pindex->next;
    delete pindex;
    count--;

    return 0;
}

// 删除第一个节点
template<class T>
int DoubleLink<T>::delete_first() 
{
    return del(0);
}

// 删除最后一个节点
template<class T>
int DoubleLink<T>::delete_last() 
{
    return del(count-1);
}