C++中的链表操作

在C++中，链表是一种常见的数据结构，它由一系列节点组成，每个节点包含数据部分和指向下一个节点的指针。C++标准库（STL）中提供了std::list和std::forward_list两种链表实现，分别对应双向链表和单向链表。此外，也可以通过手动实现链表来加深对链表的理解。

1. C++标准库中的链表

（1）`std::list`（双向链表）

std::list是C++标准库中的双向链表实现，每个节点包含指向前一个节点和后一个节点的指针。它支持高效的插入和删除操作，但随机访问效率较低。

基本操作

#include <iostream>
#include <list>int main() {std::list<int> myList;// 插入元素myList.push_back(10); // 在链表尾部插入myList.push_front(20); // 在链表头部插入myList.insert(myList.begin() + 1, 30); // 在指定位置插入// 遍历链表for (int value : myList) {std::cout << value << " ";}std::cout << std::endl;// 删除元素myList.pop_back(); // 删除尾部元素myList.pop_front(); // 删除头部元素myList.erase(myList.begin() + 1); // 删除指定位置的元素// 遍历链表for (int value : myList) {std::cout << value << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

（2）`std::forward_list`（单向链表）

std::forward_list是C++11引入的单向链表实现，每个节点只包含指向下一个节点的指针。它比std::list更轻量，但只能单向遍历。

基本操作

#include <iostream>
#include <forward_list>int main() {std::forward_list<int> myList;// 插入元素myList.push_front(10); // 在链表头部插入myList.push_front(20);myList.insert_after(myList.begin(), 30); // 在指定位置插入// 遍历链表for (int value : myList) {std::cout << value << " ";}std::cout << std::endl;// 删除元素myList.pop_front(); // 删除头部元素myList.erase_after(myList.begin()); // 删除指定位置的元素// 遍历链表for (int value : myList) {std::cout << value << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

2. 手动实现链表

手动实现链表可以帮助更好地理解链表的内部机制。以下是单向链表和双向链表的基本实现。

（1）单向链表

#include <iostream>// 定义链表节点
struct Node {int data;Node* next;Node(int value) : data(value), next(nullptr) {}
};// 定义链表类
class LinkedList {
private:Node* head;public:LinkedList() : head(nullptr) {}// 插入元素到链表尾部void append(int value) {Node* newNode = new Node(value);if (head == nullptr) {head = newNode;} else {Node* current = head;while (current->next != nullptr) {current = current->next;}current->next = newNode;}}// 插入元素到链表头部void prepend(int value) {Node* newNode = new Node(value);newNode->next = head;head = newNode;}// 删除元素void remove(int value) {if (head == nullptr) return;if (head->data == value) {Node* temp = head;head = head->next;delete temp;return;}Node* current = head;while (current->next != nullptr && current->next->data != value) {current = current->next;}if (current->next != nullptr) {Node* temp = current->next;current->next = temp->next;delete temp;}}// 遍历链表void print() const {Node* current = head;while (current != nullptr) {std::cout << current->data << " ";current = current->next;}std::cout << std::endl;}// 析构函数，释放链表内存~LinkedList() {Node* current = head;while (current != nullptr) {Node* temp = current;current = current->next;delete temp;}}
};int main() {LinkedList list;list.append(10);list.append(20);list.prepend(5);list.print(); // 输出：5 10 20list.remove(10);list.print(); // 输出：5 20return 0;
}

（2）双向链表

#include <iostream>// 定义链表节点
struct Node {int data;Node* next;Node* prev;Node(int value) : data(value), next(nullptr), prev(nullptr) {}
};// 定义链表类
class DoublyLinkedList {
private:Node* head;Node* tail;public:DoublyLinkedList() : head(nullptr), tail(nullptr) {}// 插入元素到链表尾部void append(int value) {Node* newNode = new Node(value);if (head == nullptr) {head = newNode;tail = newNode;} else {tail->next = newNode;newNode->prev = tail;tail = newNode;}}// 插入元素到链表头部void prepend(int value) {Node* newNode = new Node(value);if (head == nullptr) {head = newNode;tail = newNode;} else {newNode->next = head;head->prev = newNode;head = newNode;}}// 删除元素void remove(int value) {Node* current = head;while (current != nullptr && current->data != value) {current = current->next;}if (current == nullptr) return;if (current->prev != nullptr) {current->prev->next = current->next;} else {head = current->next;}if (current->next != nullptr) {current->next->prev = current->prev;} else {tail = current->prev;}delete current;}// 遍历链表void print() const {Node* current = head;while (current != nullptr) {std::cout << current->data << " ";current = current->next;}std::cout << std::endl;}// 析构函数，释放链表内存~DoublyLinkedList() {Node* current = head;while (current != nullptr) {Node* temp = current;current = current->next;delete temp;}}
};int main() {DoublyLinkedList list;list.append(10);list.append(20);list.prepend(5);list.print(); // 输出：5 10 20list.remove(10);list.print(); // 输出：5 20return 0;
}