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4.单链表ADT模板简单应用算法设计：单链表中前 m 个元素和后 n 个元素的互换

影子喵喵喵 2022-03-25 阅读 43
数据结构

问题描述 :

目的：使用C++模板设计单链表的抽象数据类型（ADT）。并在此基础上，使用单链表ADT的基本操作，设计并实现单链表的简单算法设计。

内容：（1）请使用模板设计单链表的抽象数据类型。（由于该环境目前仅支持单文件的编译，故将所有内容都集中在一个源文件内。在实际的设计中，推荐将抽象类及对应的派生类分别放在单独的头文件中。参考网盘中的ADT原型文件。）

（2）ADT的简单应用：使用该ADT设计并实现单链表应用场合的一些简单算法设计。

应用1：假设有一个带头结点的单链表A，现要求设计一个算法，实现单链表的就地逆置，即利用原表的存储空间实现表中前m 个元素和后n 个元素的互换。

参考函数原型：

template<class ElemType>

void Exchange_L( LinkList<ElemType> &L, int m );

单链表ADT原型如下：

/* 单链表的结点定义 */
template<class ElemType>
struct LinkNode
{
    ElemType data;
    LinkNode<ElemType> *next;
    LinkNode(LinkNode<ElemType> *ptr = NULL){next = ptr;}
    LinkNode(const ElemType &item, LinkNode<ElemType> *ptr = NULL)   
    //函数参数表中的形参允许有默认值，但是带默认值的参数需要放后面
    {
        next = ptr;
        data = item;
    }
};

//带头结点的单链表
template<class ElemType>
class LinkList:public link<ElemType>
{
   private:
      LinkNode<ElemType> *head;   // 头指针
      LinkNode<ElemType> *tail;   // 尾指针

   public:
      //无参数的构造函数
      LinkList(){head = new LinkNode<ElemType>; tail =head;}
      //带参数的构造函数
      LinkList(const ElemType &item){head = new LinkNode<ElemType>(item); tail = head;}
      //拷贝构造函数
      LinkList(LinkList<ElemType> &List);
      //析构函数
      ~LinkList(){ListDestroy();}
      //重载函数:赋值
      LinkList<ElemType>& operator=(LinkList<ElemType> &List);
      //销毁链表
      void ListDestroy();
      //清空链表
      void ListClear();
      //返回链表的长度
      int ListLength() const;
      //判断链表是否为空表
      bool ListEmpty() const;
      //在首结点之前插入一个结点
      bool InsFirst( ElemType &e );
      //在尾结点之前插入一个结点
      bool InsTail( ElemType &e );

      //获取链表头指针
      LinkNode<ElemType>* GetHead() const{ return head;}
      //获取链表尾指针
      LinkNode<ElemType>* GetTail() const{ return tail;}

      //设置链表头指针
      void SetHead(LinkNode<ElemType> *p){ head = p;}      
      //设置链表尾指针
      void SetTail(LinkNode<ElemType> *p){ tail = p;}      

      //用e返回链表的第i个元素
      ElemType GetElem(int pos);
      //在链表的第pos个位置之前插入e元素
      bool ListInsert(int pos,ElemType e);
      //删除链表的首结点
      //bool DelFirst( ElemType &e);
      //表头插入法动态生成链表
      void CreateList_Head(vector<ElemType> &A);     
      //表尾插入法动态生成链表
      void CreateList_Tail(vector<ElemType> &A);    
      //删除链表的第pos个位置的元素
      ElemType ListDelete(int pos);
      //compare函数，用来判断a和b是否相等
      //bool compare(ElemType a, ElemType *b);
      //按指定条件查找，返回指向第一个符合条件（=e）的元素的指针
      bool LocateElem(const ElemType &e, LinkNode<ElemType> * &pos);
      //返回链表给定数据元素的前驱数据元素的值
      //bool PriorElem(ElemType cur_e, ElemType &pri_e);
      //返回链表给定数据元素的后继数据元素的值
      bool NextElem(LinkNode<ElemType> *p, ElemType &e);
      //遍历链表
      bool ListTraverse() const;
};

输入说明 :

第一行：顺序表A的数据元素的数据类型标记（0：int，1：double，2：char，3：string）

第二行：待逆置单链表的数据元素（数据元素之间以空格分隔）

第三行：逆置位置m

输出说明 :

如第一行输入值为0、1、2、3之外的值，直接输出“err”

否则：

第一行：待逆置单链表的遍历结果（数据元素之间以"->"分隔）

空行

第三行：逆置后单链表的遍历结果（数据元素之间以"->"分隔）

这是一条分割线 

题解

对于其中的关键exchange函数的解析：

可以参考某网友的图解

 

法一：在创建单链表时，cin>>elem一个一个输入节点

完整AC代码：

#include<iostream>
using namespace std;

template<class T>
 struct LNode{
	T data;
	LNode<T>* next=NULL;
};

//遍历输出 
template <class T>
void traverse(LNode<T>& L,int length){
	LNode<T>* p=&L;//p初始化指向头节点
	for(int i=1;i<length;++i)
	{
		p=p->next;
		cout<<p->data<<"->";
	}
	cout<<p->next->data;
}
//将前m个节点与后n个节点互换 
template <class T>
void exchange(LNode<T>& L,int  m,int length){
	LNode<T>* rear;//尾指针 
	LNode<T>* p=&L;//p初始化指向头节点 
	LNode<T>* pm;
	
	for(int i=1;i<=length;i++)
	{
		p=p->next;
		if(i==m)	pm=p;//pm指向第m个节点 
	}
	rear=p;
	
	rear->next=L.next;
	L.next=pm->next;
	rear=pm;
}
//用后插法创建单链表 
template <class T>
void create(LNode<T>& L,int & length){

	LNode<T>* rear=&L;//尾指针 
	LNode<T>* p;//p用来指向每一个新输入的节点 
	T elem;
	while(cin>>elem)
	{
		length++;
		p=new LNode<T>;
		p->data=elem;
		rear->next=p;
		rear=p;
		if(cin.get()=='\n')	break;
		//cin会跳过空格和tab，cin.get()不会跳过空格，tab，回车 
	}
}

int main(){
	int kind=0;
	cin>>kind;
	if(kind==0)
	{
		LNode<int> L;
		int len=0;
		create(L,len);
		int m=0;
		cin>>m;
		traverse(L,len);
		cout<<endl<<endl;
		exchange(L,m,len);
		traverse(L,len);
	}
	else if(kind==1)
	{
		LNode<double> L;
		int len=0;
		create(L,len);
		int m=0;
		cin>>m;
		traverse(L,len);
		cout<<endl<<endl;
		exchange(L,m,len);
		traverse(L,len);
	}
	else if(kind==2)
	{
		LNode<char> L;
		int len=0;
		create(L,len);
		int m=0;
		cin>>m;
		traverse(L,len);
		cout<<endl<<endl;
		exchange(L,m,len);
		traverse(L,len);
	}
	else if(kind==3)
	{
		LNode<string> L;
		int len=0;
		create(L,len);
		int m=0;
		cin>>m;
		traverse(L,len);
		cout<<endl<<endl;
		exchange(L,m,len);
		traverse(L,len);
	}
	else
	{
		cout<<"err";
	}
	
	
	
	return 0;
}

 其中中的create函数创建单链表的方法借鉴了，DHU另一位朋友的写法

本菜鸟学到了用cin>>elem,和用cin.get()=='\n',来进行输入。cin,get()不会跳过空格，tab，以及换行符。

另外在写各个函数时，我用LNode<T>* L来作形参老是出问题，暂时我不清楚问题出在哪儿了，所以先略过。

法二：用getline(cin,str)整行输入，再用stringstream 类将str转换为单个节点存入链表。

只是在

template <class T>
void create(LNode<T>& L,int & length,stringstream &stream){

	LNode<T>* rear=&L;//尾指针 
	LNode<T>* p;//p用来指向每一个新输入的节点 
	T elem;
	while(stream>>elem)
	{
		length++;
		p=new LNode<T>;
		p->data=elem;
		rear->next=p;
		rear=p;
	}
}

 和主函数main()中有略微差别

int kind=0;
	cin>>kind;
	cin.get();//跳过换行符 
	string str;
	getline(cin,str);//结束符'\n'不会放入缓存区，会将读入的'\n'直接去除 
	stringstream stream;
	stream<<str;
	if(kind==0)
	{
		LNode<int> L;
		int len=0;
		create(L,len,stream);
		int m=0;
		cin>>m;
		traverse(L,len);
		cout<<endl<<endl;
		exchange(L,m,len);
		traverse(L,len);
	}

完整AC代码： 

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;

template<class T>
 struct LNode{
	T data;
	LNode<T>* next=NULL;
};

//遍历输出 
template <class T>
void traverse(LNode<T>& L,int length){
	LNode<T>* p=&L;//p初始化指向头节点
	for(int i=1;i<length;++i)
	{
		p=p->next;
		cout<<p->data<<"->";
	}
	cout<<p->next->data;
}
//将前m个节点与后n个节点互换 
template <class T>
void exchange(LNode<T>& L,int  m,int length){
	LNode<T>* rear;//尾指针 
	LNode<T>* p=&L;//p初始化指向头节点 
	LNode<T>* pm;
	
	for(int i=1;i<=length;i++)
	{
		p=p->next;
		if(i==m)	pm=p;//pm指向第m个节点 
	}
	rear=p;
	
	rear->next=L.next;
	L.next=pm->next;
	rear=pm;
}
//用后插法创建单链表 
template <class T>
void create(LNode<T>& L,int & length,stringstream &stream){

	LNode<T>* rear=&L;//尾指针 
	LNode<T>* p;//p用来指向每一个新输入的节点 
	T elem;
	while(stream>>elem)
	{
		length++;
		p=new LNode<T>;
		p->data=elem;
		rear->next=p;
		rear=p;
	}
}

int main(){
	int kind=0;
	cin>>kind;
	cin.get();//跳过换行符 
	string str;
	getline(cin,str);//结束符'\n'不会放入缓存区，会将读入的'\n'直接去除 
	stringstream stream;
	stream<<str;
	if(kind==0)
	{
		LNode<int> L;
		int len=0;
		create(L,len,stream);
		int m=0;
		cin>>m;
		traverse(L,len);
		cout<<endl<<endl;
		exchange(L,m,len);
		traverse(L,len);
	}
	else if(kind==1)
	{
		LNode<double> L;
		int len=0;
		create(L,len,stream);
		int m=0;
		cin>>m;
		traverse(L,len);
		cout<<endl<<endl;
		exchange(L,m,len);
		traverse(L,len);
	}
	else if(kind==2)
	{
		LNode<char> L;
		int len=0;
		create(L,len,stream);
		int m=0;
		cin>>m;
		traverse(L,len);
		cout<<endl<<endl;
		exchange(L,m,len);
		traverse(L,len);
	}
	else if(kind==3)
	{
		LNode<string> L;
		int len=0;
		create(L,len,stream);
		int m=0;
		cin>>m;
		traverse(L,len);
		cout<<endl<<endl;
		exchange(L,m,len);
		traverse(L,len);
	}
	else
	{
		cout<<"err";
	}
	
	
	
	return 0;
}

本菜鸟学到了：

1.getline(cin,str),可以输入整行，对于行末结束符'\n'不会放入缓存区，直接舍弃

2.stringstream  stream:常用于string字符串数据类型转换，详细信息请参考关于stringstream的使用

（有问题欢迎在评论区讨论）

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