数据结构

概念解释

数据结构---相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。

集合---结构中的数据元素之间除了“同属于一个集合”的关系外，别无其他联系。

线性结构---结构中的数据元素之间存在一个对一个的关系。

树形结构---结构中的数据元素之间存在一个对多个的关系。

图状结构---结构中的数据元素之间存在多个对多个的关系。

线性结构

链表

数据域存储数据元素信息，指针域指向下一个节点地址。

一般链表（单链表）第一个节点前附设一个头节点，头节点数据域存储链表相关信息，如链表长度等。最后一个节点的指针域为NULL.（线性链表）

链表优点：

1. 插入删除方便，只需要修改指针

2. 没有连续大内存空间的需求

缺点：

随机访问不方便，必须从头节点开始。（优点与缺点和数组相反）

下面代码中用到几个技巧：

类型转换：编译器在匹配数据类型时会尝试一次类型转换，例如：

double d=3;//3直接匹配double不合适，所以一次类型转换为3.0，如果是对象，尝试调用转换构造函数和类型转换函数。

指针引用：int*&p = &n;//链表中必须用，确保是链表中的指针

例如getptr函数，如果返回不是指针引用，就会返回一个临时变量指针，而不是链表中的指针，接下来的插入操作就会出错。

零初始化：T& d = T();//零初始化，T可为任何类型，d的值都为0，通用性较好

#include <iostream>using namespace std;typedef int T;class List{struct Node{T data;Node* next;Node(const T& d=T()):data(d),next(0){}//零初始化};Node* head;//头指针，用来保存头节点的地址int len;public:List():head(NULL),len(0){ }void push_front(const T& d){//前插insert(d,0);}List& push_back(const T& d){//尾插insert(d,size());return *this;}int size()const{return len;}Node*& getptr(int pos){//找链表中指向指定位置的指针if(pos<0||pos>size()) pos=0;if(pos==0) return head;Node* p = head;for(int i=1; i<pos; i++)p = p->next;return (*p).next;}void insert(const T& d, int pos){//在任意位置插入Node*& pn = getptr(pos);Node* p = new Node(d);p->next = pn;pn = p;++len;}void travel()const{//遍历Node* p = head;while(p!=NULL){cout << p->data << ' ';p = p->next;}cout << endl;}void clear(){//清空这个链表while(head!=NULL){Node* p = head->next;//cout << "delete " << head << endl;delete head;head = p;}len = 0;}~List(){//cout << this << "*******" << head << endl;clear();}void erase(int pos){//有效位置为0～size()-1if(pos<0||pos>=size()) return;Node*& pn = getptr(pos);Node* p = pn;pn = pn->next;delete p;--len;}void remove(const T& d){int pos;while((pos=find(d))!=-1)erase(pos);}int find(const T& d)const{int pos = 0;Node* p = head;while(p){if(p->data==d) return pos;p = p->next; ++pos;}return -1;}void set(int pos, const T& d){if(pos<0||pos>=size()) return;getptr(pos)->data = d;}bool empty()const{return head==NULL;}T front()const{if(empty())throw "空";return head->data;}T back()const{if(empty())throw "空";Node* p=head;while(p->next!=NULL)p = p->next;return p->data;}};int main(){List l;l.push_front(5);//5l.push_front(8);//8 5l.push_front(20);//20 8 5l.insert(9,2);//20 8 9 5l.insert(6,100);//6 20 8 9 5l.insert(7,-10);//7 6 20 8 9 5l.insert(1,2);//7 6 1 20 8 9 5l.push_back(10).push_back(15).travel();l.erase(0);//x7:6 1 20 8 9 5 10 15l.erase(l.size()-1);//x15:6 1 20 8 9 5 10l.erase(2);//x20:6 1 8 9 5 10l.travel();l.push_back(6);//6 1 8 9 5 10 6l.insert(6, 3);//6 1 8 6 9 5 10 6l.travel();l.remove(6);//1 8 9 5 10l.travel();l.set(0, 666);l.set(4, 789);l.set(l.find(9),123);l.set(1, 777);l.travel();cout << l.front() << "..." << l.back() << ',' << l.size() << "个" << endl;while(!l.empty()) l.erase(0);cout << "size:" << l.size() << endl;return 0;}

栈stack

栈就是限定仅在表尾进行插入和删除操作的线性表。表尾为栈顶，表头为栈底。

由于只能在栈顶插入和删除，就决定了栈后进先出的特性。

链表可以实现栈，数组也可以实现栈，下面代码分别实现：

链表实现栈代码（直接用上面的链表）

#include <iostream>using namespace std;typedef int T;#include "01list.h"class Stack{List l;public:void push(const T& d);//数据入栈成为栈顶T pop();//栈顶数据出栈，下一个数据成为栈顶const T& top()const;//取得栈顶数据bool empty()const{return l.empty();}//是否空栈bool full()const{return false;}//是否已满void clear(){l.clear();}//栈清空（复位）int size()const{return l.size();}//栈中数据个数};void Stack::push(const T& d){l.push_front(d);}T Stack::pop(){T t = l.front();l.erase(0);return t;}const T& Stack::top()const {return l.front();}int main(){Stack s;try{s.push(1);s.push(2);s.push(3);s.push(4);s.push(5);s.push(6);}catch(const char* e){cout << "异常:" << e << endl;}while(!s.empty()){cout << s.pop() << endl;}}

数组实现栈代码

#include <iostream>using namespace std;#include <string>typedef std::string T;class Stack{T a[5];int cur;public:Stack():cur(0){}void push(const T& d)throw(const char*);//数据入栈成为栈顶T pop()throw(const char*);//栈顶数据出栈，下一个数据成为栈顶const T& top()const throw(const char*);//取得栈顶数据bool empty()const{return cur==0;}//是否空栈bool full()const{return cur==5;}//是否已满void clear(){cur=0;}//栈清空（复位）int size()const{return cur;}//栈中数据个数};void Stack::push(const T& d)throw(const char*){if(full()) throw "满";a[cur++] = d;}T Stack::pop()throw(const char*){if(empty()) throw "空";return a[--cur];}const T& Stack::top()const throw(const char*){if(empty()) throw "空";return a[cur-1];}int main(){Stack s;try{s.push("芙蓉");s.push("凤姐");s.push("春哥");s.push("曾哥");s.push("权哥");s.push("犀利");}catch(const char* e){cout << "异常:" << e << endl;}while(!s.empty()){cout << s.pop() << endl;}}

队列queue

队列就是限定仅在表尾进行插入和表头删除操作的线性表。表尾为队尾，表头为队头。

由于只能在队尾插入，对头删除删除，就决定了栈先进先出的特性。

链表可以实现队列，数组也可以实现队列，下面代码分别实现：

链表实现队列（直接用上面的链表）

#include <iostream>using namespace std;typedef int T;#include "01list.h"class Queue{List l;public:Queue& push(const T& d){l.push_back(d);return *this;}T pop(){T t=front();l.erase(0);return t;}const T& front()const{return l.front();}const T& back()const{return l.back();}int size()const{return l.size();}void clear(){l.clear();}bool empty()const{return l.empty();}bool full()const{return false;}};int main(){Queue q;q.push(1).push(2).push(3);q.push(4).push(5);cout << q.pop() << endl;cout << q.pop() << endl;q.push(6).push(7).push(8);while(!q.empty())cout << q.pop() << endl;}

数组实现队列

#include <iostream>using namespace std;typedef int T;class Queue{T a[5];int b, n;//队首位置和有效元素个数public:Queue():b(0),n(0){}Queue& push(const T& d){if(full()) throw "满";a[(b+n++)%5] = d;return *this;}T pop(){if(empty()) throw "空";--n;return a[b++%5];}const T& front()const{return a[b%5];}const T& back()const{return a[(b+n-1)%5];}int size()const{return n;}void clear(){b=0, n=0;}bool empty()const{return n==0;}bool full()const{return n==5;}};int main(){Queue q;try{q.push(1).push(2).push(3);q.push(4).push(5);cout << q.pop() << endl;cout << q.pop() << endl;q.push(6).push(7).push(8);}catch(const char* e){cout << "异常:" << e << endl;}while(!q.empty())cout << q.pop() << endl;}