java中的接口是类吗
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2023-07-30
简单介绍线性表以及如何实现双链表
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。
一、数组
数组有上界和下界,数组的元素在上下界内是连续的。
存储10,20,30,40,50的数组的示意图如下:
数组的特点:数据是连续的;随机访问速度快。
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;对于java而言,Collection集合中提供了ArrayList和Vector。
二、单向链表
单向链表(单链表)是链表的一种,它由节点组成,每个节点都包含下一个节点的指针。
表头为空,表头的后继节点是"节点10"(数据为10的节点),"节点10"的后继节点是"节点20"(数据为10的节点),...
单链表删除节点
删除"节点30"
删除之前:"节点20" 的后继节点为"节点30",而"节点30" 的后继节点为"节点40"。
删除之后:"节点20" 的后继节点为"节点40"。
单链表添加节点
在"节点10"与"节点20"之间添加"节点15"
添加之前:"节点10" 的后继节点为"节点20"。
添加之后:"节点10" 的后继节点为"节点15",而"节点15" 的后继节点为"节点20"。
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
双向链表(双链表)是链表的一种。和单链表一样,双链表也是由节点组成,它的每个数据结点中都有两个指针,分别指向直接后继和直接前驱。所以,从双向链表中的任意一个结点开始,都可以很方便地访问它的前驱结点和后继结点。一般我们都构造双向循环链表。
表头为空,表头的后继节点为"节点10"(数据为10的节点);"节点10"的后继节点是"节点20"(数据为10的节点),"节点20"的前继节点是"节点10";"节点20"的后继节点是"节点30","节点30"的前继节点是"节点20";...;末尾节点的后继节点是表头。
双链表删除节点
删除"节点30"
删除之前:"节点20"的后继节点为"节点30","节点30" 的前继节点为"节点20"。"节点30"的后继节点为"节点40","节点40" 的前继节点为"节点30"。
删除之后:"节点20"的后继节点为"节点40","节点40" 的前继节点为"节点20"。
双链表添加节点
在"节点10"与"节点20"之间添加"节点15"
添加之前:"节点10"的后继节点为"节点20","节点20" 的前继节点为"节点10"。
添加之后:"节点10"的后继节点为"节点15","节点15" 的前继节点为"节点10"。"节点15"的后继节点为"节点20","节点20" 的前继节点为"节点15"。
下面介绍双链表的实现,分别介绍C/C++/Java三种实现。
1. C实现双链表
实现代码
双向链表头文件(double_link.h)
#ifndef _DOUBLE_LINK_H
#define _DOUBLE_LINK_H
// 新建“双向链表”。成功,返回表头;否则,返回NULL
extern int create_dlink();
// 撤销“双向链表”。成功,返回0;否则,返回-1
extern int destroy_dlink();
// “双向链表是否为空”。为空的话返回1;否则,返回0。
extern int dlink_is_empty();
// 返回“双向链表的大小”
extern int dlink_size();
// 获取“双向链表中第index位置的元素”。成功,返回节点指针;否则,返回NULL。
extern void* dlink_get(int index);
// 获取“双向链表中第1个元素”。成功,返回节点指针;否则,返回NULL。
extern void* dlink_get_first();
// 获取“双向链表中最后1个元素”。成功,返回节点指针;否则,返回NULL。
extern void* dlink_get_last();
// 将“value”插入到index位置。成功,返回0;否则,返回-1。
extern int dlink_insert(int index, void *pval);
// 将“value”插入到表头位置。成功,返回0;否则,返回-1。
extern int dlink_insert_first(void *pval);
// 将“value”插入到末尾位置。成功,返回0;否则,返回-1。
extern int dlink_append_last(void *pval);
// 删除“双向链表中index位置的节点”。成功,返回0;否则,返回-1
extern int dlink_delete(int index);
// 删除第一个节点。成功,返回0;否则,返回-1
extern int dlink_delete_first();
// 删除组后一个节点。成功,返回0;否则,返回-1
extern int dlink_delete_last();
#endif
双向链表实现文件(double_link.c)
#include
#include
/**
* C 语言实现的双向链表,能存储任意数据。
*
* @author skywang
* @date 2013/11/07
*/
// 双向链表节点
typedef struct tag_node
{
struct tag_node *prev;
struct tag_node *next;
void* p;
}node;
// 表头。注意,表头不存放元素值!!!
static node *phead=NULL;
// 节点个数。
static int count=0;
// 新建“节点”。成功,返回节点指针;否则,返回NULL。
static node* create_node(void *pval)
{
node *pnode=NULL;
pnode = (node *)malloc(sizeof(node));
if (!pnode)
{
printf("create node error!\n");
return NULL;
}
// 默认的,pnode的前一节点和后一节点都指向它自身
pnode->prev = pnode->next = pnode;
// 节点的值为pval
pnode->p = pval;
return pnode;
}
// 新建“双向链表”。成功,返回0;否则,返回-1。
int create_dlink()
{
// 创建表头
phead = create_node(NULL);
if (!phead)
return -1;
// 设置“节点个数”为0
count = 0;
return 0;
}
// “双向链表是否为空”
int dlink_is_empty()
{
return count == 0;
}
// 返回“双向链表的大小”
int dlink_size() {
return count;
}
// 获取“双向链表中第index位置的节点”
static node* get_node(int index)
{
if (index<0 || index>=count)
{
printf("%s failed! index out of bound!\n", __func__);
return NULL;
}
// 正向查找
if (index <= (count/2))
{
int i=0;
node *pnode=phead->next;
while ((i++) < index)
pnode = pnode->next;
return pnode;
}
// 反向查找
int j=0;
int rindex = count - index - 1;
node *rnode=phead->prev;
while ((j++) < rindex)
rnode = rnode->prev;
return rnode;
}
// 获取“第一个节点”
static node* get_first_node()
{
return get_node(0);
}
// 获取“最后一个节点”
static node* get_last_node()
{
return get_node(count-1);
}
// 获取“双向链表中第index位置的元素”。成功,返回节点值;否则,返回-1。
void* dlink_get(int index)
{
node *pindex=get_node(index);
if (!pindex)
{
printf("%s failed!\n", __func__);
return NULL;
}
return pindex->p;
}
// 获取“双向链表中第1个元素的值”
void* dlink_get_first()
{
return dlink_get(0);
}
// 获取“双向链表中最后1个元素的值”
void* dlink_get_last()
{
return dlink_get(count-1);
}
// 将“pval”插入到index位置。成功,返回0;否则,返回-1。
int dlink_insert(int index, void* pval)
{
// 插入表头
if (index==0)
return dlink_insert_first(pval);
// 获取要插入的位置对应的节点
node *pindex=get_node(index);
if (!pindex)
return -1;
// 创建“节点”
node *pnode=create_node(pval);
if (!pnode)
return -1;
pnode->prev = pindex->prev;
pnode->next = pindex;
pindex->prev->next = pnode;
pindex->prev = pnode;
// 节点个数+1
count++;
return 0;
}
// 将“pval”插入到表头位置
int dlink_insert_first(void *pval)
{
node *pnode=create_node(pval);
if (!pnode)
return -1;
pnode->prev = phead;
pnode->next = phead->next;
phead->next->prev = pnode;
phead->next = pnode;
count++;
return 0;
}
// 将“pval”插入到末尾位置
int dlink_append_last(void *pval)
{
node *pnode=create_node(pval);
if (!pnode)
return -1;
pnode->next = phead;
pnode->prev = phead->prev;
phead->prev->next = pnode;
phead->prev = pnode;
count++;
return 0;
}
// 删除“双向链表中index位置的节点”。成功,返回0;否则,返回-1。
int dlink_delete(int index)
{
node *pindex=get_node(index);
if (!pindex)
{
printf("%s failed! the index in out of bound!\n", __func__);
return -1;
}
pindex->next->prev = pindex->prev;
pindex->prev->next = pindex->next;
free(pindex);
count--;
return 0;
}
// 删除第一个节点
int dlink_delete_first()
{
return dlink_delete(0);
}
// 删除组后一个节点
int dlink_delete_last()
{
return dlink_delete(count-1);
}
// 撤销“双向链表”。成功,返回0;否则,返回-1。
int destroy_dlink()
{
if (!phead)
{
printf("%s failed! dlink is null!\n", __func__);
return -1;
}
node *pnode=phead->next;
node *ptmp=NULL;
while(pnode != phead)
{
ptmp = pnode;
pnode = pnode->next;
free(ptmp);
}
free(phead);
phead = NULL;
count = 0;
return 0;
}
双向链表测试程序(dlink_test.c)
#include
#include "double_link.h"
/**
* C 语言实现的双向链表的测试程序。
*
* (01) int_test()
* 演示向双向链表操作“int数据”。
* (02) string_test()
* 演示向双向链表操作“字符串数据”。
* (03) object_test()
* 演示向双向链表操作“对象”。
*
* @author skywang
* @date 2013/11/07
*/
// 双向链表操作int数据
void int_test()
{
int iarr[4] = {10, 20, 30, 40};
printf("\n----%s----\n", __func__);
create_dlink(); // 创建双向链表
dlink_insert(0, &iarr[0]); // 向双向链表的表头插入数据
dlink_insert(0, &iarr[1]); // 向双向链表的表头插入数据
dlink_insert(0, &iarr[2]); // 向双向链表的表头插入数据
printf("dlink_is_empty()=%d\n", dlink_is_empty()); // 双向链表是否为空
printf("dlink_size()=%d\n", dlink_size()); // 双向链表的大小
// 打印双向链表中的全部数据
int i;
int *p;
int sz = dlink_size();
for (i=0; i { p = (int *)dlink_get(i); printf("dlink_get(%d)=%d\n", i, *p); } destroy_dlink(); } void string_test() { char* sarr[4] = {"ten", "twenty", "thirty", "forty"}; printf("\n----%s----\n", __func__); create_dlink(); // 创建双向链表 dlink_insert(0, sarr[0]); // 向双向链表的表头插入数据 dlink_insert(0, sarr[1]); // 向双向链表的表头插入数据 dlink_insert(0, sarr[2]); // 向双向链表的表头插入数据 printf("dlink_is_empty()=%d\n", dlink_is_empty()); // 双向链表是否为空 printf("dlink_size()=%d\n", dlink_size()); // 双向链表的大小 // 打印双向链表中的全部数据 int i; char *p; int sz = dlink_size(); for (i=0; i { p = (char *)dlink_get(i); printf("dlink_get(%d)=%s\n", i, p); } destroy_dlink(); } typedef struct tag_stu { int id; char name[20]; }stu; static stu arr_stu[] = { {10, "sky"}, {20, "jody"}, {30, "vic"}, {40, "dan"}, }; #define ARR_STU_SIZE ( (sizeof(arr_stu)) / (sizeof(arr_stu[0])) ) void object_test() { printf("\n----%s----\n", __func__); create_dlink(); // 创建双向链表 dlink_insert(0, &arr_stu[0]); // 向双向链表的表头插入数据 dlink_insert(0, &arr_stu[1]); // 向双向链表的表头插入数据 dlink_insert(0, &arr_stu[2]); // 向双向链表的表头插入数据 printf("dlink_is_empty()=%d\n", dlink_is_empty()); // 双向链表是否为空 printf("dlink_size()=%d\n", dlink_size()); // 双向链表的大小 // 打印双向链表中的全部数据 int i; int sz = dlink_size(); stu *p; for (i=0; i { p = (stu *)dlink_get(i); printf("dlink_get(%d)=[%d, %s]\n", i, p->id, p->name); } destroy_dlink(); } int main() { int_test(); // 演示向双向链表操作“int数据”。 string_test(); // 演示向双向链表操作“字符串数据”。 object_test(); // 演示向双向链表操作“对象”。 return 0; } 运行结果 ----int_test---- dlink_is_empty()=0 dlink_size()=3 dlink_get(0)=30 dlink_get(1)=20 dlink_get(2)=10 ----string_test---- dlink_is_empty()=0 dlink_size()=3 dlink_get(0)=thirty dlink_get(1)=twenty dlink_get(2)=ten ----object_test---- dlink_is_empty()=0 dlink_size()=3 dlink_get(0)=[30, vic] dlink_get(1)=[20, jody] dlink_get(2)=[10, sky] 2. C++实现双链表 实现代码 双向链表文件(DoubleLink.h) #ifndef DOUBLE_LINK_HXX #define DOUBLE_LINK_HXX #include using namespace std; template 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 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 private: DNode }; template DoubleLink { // 创建“表头”。注意:表头没有存储数据! phead = new DNode phead->prev = phead->next = phead; // 设置链表计数为0 //count = 0; } // 析构函数 template DoubleLink { // 删除所有的节点 DNode DNode 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 int DoubleLink { return count; } // 返回链表是否为空 template int DoubleLink { return count==0; } // 获取第index位置的节点 template DNode { // 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 while (i++ < index) { pindex = pindex->next; } return pindex; } // 反向查找 int j=0; int rindex = count - index -1; DNode while (j++ < rindex) { prindex = prindex->prev; } return prindex; } // 获取第index位置的节点的值 template T DoubleLink { return get_node(index)->value; } // 获取第1个节点的值 template T DoubleLink { return get_node(0)->value; } // 获取最后一个节点的值 template T DoubleLink { return get_node(count-1)->value; } // 将节点插入到第index位置之前 template int DoubleLink { if (index == 0) return insert_first(t); DNode DNode pindex->prev->next = pnode; pindex->prev = pnode; count++; return 0; } // 将节点插入第一个节点处。 template int DoubleLink { DNode phead->next->prev = pnode; phead->next = pnode; count++; return 0; } // 将节点追加到链表的末尾 template int DoubleLink { DNode phead->prev->next = pnode; phead->prev = pnode; count++; return 0; } // 删除index位置的节点 template int DoubleLink { DNode pindex->next->prev = pindex->prev; pindex->prev->next = pindex->next; delete pindex; count--; return 0; } // 删除第一个节点 template int DoubleLink { return del(0); } // 删除最后一个节点 template int DoubleLink { return del(count-1); } #endif 双向链表测试文件(DlinkTest.cpp) #include #include "DoubleLink.h" using namespace std; // 双向链表操作int数据 void int_test() { int iarr[4] = {10, 20, 30, 40}; cout << "\n----int_test----" << endl; // 创建双向链表 DoubleLink pdlink->insert(0, 20); // 将 20 插入到第一个位置 pdlink->append_last(10); // 将 10 追加到链表末尾 pdlink->insert_first(30); // 将 30 插入到第一个位置 // 双向链表是否为空 cout << "is_empty()=" << pdlink->is_empty() < // 双向链表的大小 cout << "size()=" << pdlink->size() < // 打印双向链表中的全部数据 int sz = pdlink->size(); for (int i=0; i cout << "pdlink("<get(i) < } void string_test() { string sarr[4] = {"ten", "twenty", "thirty", "forty"}; cout << "\n----string_test----" << endl; // 创建双向链表 DoubleLink pdlink->insert(0, sarr[1]); // 将 sarr中第2个元素 插入到第一个位置 pdlink->append_last(sarr[0]); // 将 sarr中第1个元素 追加到链表末尾 pdlink->insert_first(sarr[2]); // 将 sarr中第3个元素 插入到第一个位置 // 双向链表是否为空 cout << "is_empty()=" << pdlink->is_empty() < // 双向链表的大小 cout << "size()=" << pdlink->size() < // 打印双向链表中的全部数据 int sz = pdlink->size(); for (int i=0; i cout << "pdlink("<get(i) < } struct stu { int id; char name[20]; }; static stu arr_stu[] = { {10, "sky"}, {20, "jody"}, {30, "vic"}, {40, "dan"}, }; #define ARR_STU_SIZE ( (sizeof(arr_stu)) / (sizeof(arr_stu[0])) ) void object_test() { cout << "\n----object_test----" << endl; // 创建双向链表 DoubleLink pdlink->insert(0, arr_stu[1]); // 将 arr_stu中第2个元素 插入到第一个位置 pdlink->append_last(arr_stu[0]); // 将 arr_stu中第1个元素 追加到链表末尾 pdlink->insert_first(arr_stu[2]); // 将 arr_stu中第3个元素 插入到第一个位置 // 双向链表是否为空 cout << "is_empty()=" << pdlink->is_empty() < // 双向链表的大小 cout << "size()=" << pdlink->size() < // 打印双向链表中的全部数据 int sz = pdlink->size(); struct stu p; for (int i=0; i { p = pdlink->get(i); cout << "pdlink("< } } int main() { int_test(); // 演示向双向链表操作“int数据”。 string_test(); // 演示向双向链表操作“字符串数据”。 object_test(); // 演示向双向链表操作“对象”。 return 0; } 示例说明 在上面的示例中,我将双向链表的"声明"和"实现"都放在头文件中。而编程规范告诫我们:将类的声明和实现分离,在头文件(.h文件或.hpp)中尽量只包含声明,而在实现文件(http://.cpp文件)中负责实现! 那么为什么要这么做呢?这是因为,在双向链表的实现中,采用了模板;而C++编译器不支持对模板的分离式编译!简单点说,如果在DoubleLink.h中声明,而在DoubleLink.cpp中进行实现的话;当我们在其他类中创建DoubleLink的对象时,会编译出错。具体原因,可以参考"为什么C++编译器不能支持对模板的分离式编译"。 运行结果 ----int_test---- is_empty()=0 size()=3 pdlink(0)=30 pdlink(1)=20 pdlink(2)=10 ----string_test---- is_empty()=0 size()=3 pdlink(0)=thirty pdlink(1)=twenty pdlink(2)=ten ----object_test---- is_empty()=0 size()=3 pdlink(0)=[30, vic] pdlink(1)=[20, jody] pdlink(2)=[10, sky] 3. Java实现双链表 实现代码 双链表类(DoubleLink.java) /** * Java 实现的双向链表。 * 注:java自带的集合包中有实现双向链表,路径是:java.util.LinkedList * * @author skywang * @date 2013/11/07 */ public class DoubleLink // 表头 private DNode // 节点个数 private int mCount; // 双向链表“节点”对应的结构体 private class DNode public DNode prev; public DNode next; public T value; public DNode(T value, DNode prev, DNode next) { this.value = value; this.prev = prev; this.next = next; } } // 构造函数 public DoubleLink() { // 创建“表头”。注意:表头没有存储数据! mHead = new DNode mHead.prev = mHead.next = mHead; // 初始化“节点个数”为0 mCount = 0; } // 返回节点数目 public int size() { return mCount; } // 返回链表是否为空 public boolean isEmpty() { return mCount==0; } // 获取第index位置的节点 private DNode if (index<0 || index>=mCount) throw new IndexOutOfBoundsException(); // 正向查找 if (index <= mCount/2) { DNode for (int i=0; i node = node.next; return node; } // 反向查找 DNode int rindex = mCount - index -1; for (int j=0; j rnode = rnode.prev; return rnode; } // 获取第index位置的节点的值 public T get(int index) { return getNode(index).value; } // 获取第1个节点的值 public T getFirst() { return getNode(0).value; } // 获取最后一个节点的值 public T getLast() { return getNode(mCount-1).value; } // 将节点插入到第index位置之前 public void insert(int index, T t) { if (index==0) { DNode mHead.next.prev = node; mHead.next = node; mCount++; return ; } DNode DNode inode.prev.next = tnode; inode.next = tnode; mCount++; return ; } // 将节点插入第一个节点处。 public void insertFirst(T t) { insert(0, t); } // 将节点追加到链表的末尾 public void appendLast(T t) { DNode mHead.prev.next = node; mHead.prev = node; mCount++; } // 删除index位置的节点 public void del(int index) { DNode inode.prev.next = inode.next; inode.next.prev = inode.prev; inode = null; mCount--; } // 删除第一个节点 public void deleteFirst() { del(0); } // 删除最后一个节点 public void deleteLast() { del(mCount-1); } } 测试程序(DlinkTest.java) /** * Java 实现的双向链表。 * 注:java自带的集合包中有实现双向链表,路径是:java.util.LinkedList * * @author skywang * @date 2013/11/07 */ public class DlinkTest { // 双向链表操作int数据 private static void int_test() { int[] iarr = {10, 20, 30, 40}; System.out.println("\n----int_test----"); // 创建双向链表 DoubleLink dlink.insert(0, 20); // 将 20 插入到第一个位置 dlink.appendLast(10); // 将 10 追加到链表末尾 dlink.insertFirst(30); // 将 30 插入到第一个位置 // 双向链表是否为空 System.out.printf("isEmpty()=%b\n", dlink.isEmpty()); // 双向链表的大小 System.out.printf("size()=%d\n", dlink.size()); // 打印出全部的节点 for (int i=0; i System.out.println("dlink("+i+")="+ dlink.get(i)); } private static void string_test() { String[] sarr = {"ten", "twenty", "thirty", "forty"}; System.out.println("\n----string_test----"); // 创建双向链表 DoubleLink dlink.insert(0, sarr[1]); // 将 sarr中第2个元素 插入到第一个位置 dlink.appendLast(sarr[0]); // 将 sarr中第1个元素 追加到链表末尾 dlink.insertFirst(sarr[2]); // 将 sarr中第3个元素 插入到第一个位置 // 双向链表是否为空 System.out.printf("isEmpty()=%b\n", dlink.isEmpty()); // 双向链表的大小 System.out.printf("size()=%d\n", dlink.size()); // 打印出全部的节点 for (int i=0; i System.out.println("dlink("+i+")="+ dlink.get(i)); } // 内部类 private static class Student { private int id; private String name; public Student(int id, String name) { this.id = id; this.name = name; } @Override public String toString() { return "["+id+", "+name+"]"; } } private static Student[] students = new Student[]{ new Student(10, "sky"), new Student(20, "jody"), new Student(30, "vic"), new Student(40, "dan"), }; private static void object_test() { System.out.println("\n----object_test----"); // 创建双向链表 DoubleLink dlink.insert(0, students[1]); // 将 students中第2个元素 插入到第一个位置 dlink.appendLast(students[0]); // 将 students中第1个元素 追加到链表末尾 dlink.insertFirst(students[2]); // 将 students中第3个元素 插入到第一个位置 // 双向链表是否为空 System.out.printf("isEmpty()=%b\n", dlink.isEmpty()); // 双向链表的大小 System.out.printf("size()=%d\n", dlink.size()); // 打印出全部的节点 for (int i=0; i System.out.println("dlink("+i+")="+ dlink.get(i)); } } public static void main(String[] args) { int_test(); // 演示向双向链表操作“int数据”。 string_test(); // 演示向双向链表操作“字符串数据”。 object_test(); // 演示向双向链表操作“对象”。 } } 运行结果 ----int_test---- isEmpty()=false size()=3 dlink(0)=30 dlink(1)=20 dlink(2)=10 ----string_test---- isEmpty()=false size()=3 dlink(0)=thirty dlink(1)=twenty dlink(2)=ten ----object_test---- isEmpty()=false size()=3 dlink(0)=[30, vic] dlink(1)=[20, jody] dlink(2)=[10, sky] 以上就是本文的全部内容,希望大家能够理解,对大家有所帮助。
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