单链表的优化（十三）
本文讲解"单链表的优化（十三）"，用于解决相关问题。
我们在之前实现了单链表，那么我们如何遍历单链表中的每一个数据元素呢？肯定直接一个 for 循环就可以搞定啊，我们来看看当前基于我们实现的单链表遍历的方法，main.cpp 如下
#include <iostream>
#include "LinkList.h"
using namespace std;
using namespace DTLib;
int main()
{
LinkList<int> list;
for(int i=0; i<5; i++) // O(1)
{
list.insert(0, i);
}
for(int i=0; i<list.length(); i++) // O(n)
{
cout << list.get(i) << endl;
}
return 0;
}我们来看看输出结果，看看是不是遍历呢
结果是正确的，我们来分析下上面的测试代码的效率。第一个 for 循环，因为每次都是在 0 位置处插入数据元素，因此它的时间复杂度是 O(1)；而第二个 for 循环，因为它要全部循环一遍，因此它的时间复杂度为 O(n)。我们就奇怪了，明明同样是两个 for 循环，效率竟然不相同。不能以线性的时间复杂度完成单链表的遍历，那么此时新的需求就产生了：为单链表提供新的方法，在线性时间内完成遍历。
下来说说设计思路，利用游标的思想：
1、在单链表的内部定义一个游标（Node* m_current）；
2、遍历开始前将游标指向位置为 0 的数据元素；
3、获取游标指向的数据元素；
4、通过结点中的 next 指针移动游标。
提供一组遍历相关的函数，以线性的时间复杂度完成遍历链表，如下
遍历函数原型设计如下：
bool move(int i, int step = 1);
bool end();
T current();
bool next();
下来我们来看看优化后的 LinkList.h 是怎样的，如下
LinkList.h 源码
#ifndef LINKLIST_H
#define LINKLIST_H
#include "List.h"
#include "Exception.h"
namespace DTLib
{
template < typename T >
class LinkList : public List<T>
{
protected:
struct Node : public Object
{
T value;
Node* next;
};
mutable struct : public Object
{
char reserved[sizeof(T)];
Node* next;
} m_header;
int m_length;
int m_step;
Node* m_current;
Node* position(int i) const
{
Node* ret = reinterpret_cast<Node*>(&m_header);
for(int p=0; p<i; p++)
{
ret = ret->next;
}
return ret;
}
public:
LinkList()
{
m_header.next = NULL;
m_length = 0;
m_step = 1;
m_current = NULL;
}
bool insert(const T& e)
{
return insert(m_length, e);
}
bool insert(int i, const T& e)
{
bool ret = ((0 <= i) && (i <= m_length));
if( ret )
{
Node* node = new Node();
if( node != NULL )
{
Node* current = position(i);
node->value = e;
node->next = current->next;
current->next = node;
m_length++;
}
else
{
THROW_EXCEPTION(NoEnoughMemoryException, "No memory to insert new element ...");
}
}
}
bool remove(int i)
{
bool ret = ((0 <= i) && (i < m_length));
if( ret )
{
Node* current = position(i);
Node* toDel = current->next;
current->next = toDel->next;
delete toDel;
m_length--;
}
return ret;
}
bool set(int i, const T& e)
{
bool ret = ((0 <= i) && (i < m_length));
if( ret )
{
position(i)->next->value = e;
}
return ret;
}
T get(int i) const
{
T ret;
if( get(i, ret) )
{
return ret;
}
else
{
THROW_EXCEPTION(IndexOutOfBoundsException, "Invaild parameter i to get element ...");
}
}
bool get(int i, T& e) const
{
bool ret = ((0 <= i) && (i < m_length));
if( ret )
{
e = position(i)->next->value;
}
return ret;
}
int find(const T& e) const
{
int ret = -1;
int i = 0;
Node* node = m_header.next;
while( node )
{
if( node->value == e )
{
ret = i;
break;
}
else
{
node = node->next;
i++;
}
}
return ret;
}
int length() const
{
return m_length;
}
void clear()
{
while( m_header.next )
{
Node* toDel = m_header.next;
m_header.next = toDel->next;
delete toDel;
}
m_length = 0;
}
bool move(int i, int step = 1)
{
bool ret = (0 <= i) && (i < m_length) && (step > 0);
if( ret )
{
m_current = position(i)->next;
m_step = step;
}
return ret;
}
bool end()
{
return (m_current == NULL);
}
T current()
{
if( !end() )
{
return m_current->value;
}
else
{
THROW_EXCEPTION(INvalidOPerationException, "No value at current position ...");
}
}
bool next()
{
int i = 0;
while( (i < m_step) && !end() )
{
m_current = m_current->next;
i++;
}
return (i == m_step);
}
~LinkList()
{
clear();
}
};
}
#endif // LINKLIST_H
main.cpp 源码
#include <iostream>
#include "LinkList.h"
using namespace std;
using namespace DTLib;
int main()
{
LinkList<int> list;
for(int i=0; i<5; i++) // O(1)
{
list.insert(0, i);
}
for(list.move(0); !list.end(); list.next()) // O(1)
{
cout << list.current() << endl;
}
return 0;
}我们来看看编译结果
我们看到结果还是正确的，证明我们上面代码的编写是没有错误的。我们再来分析下，它每次移动，移动后 current 指针就停在那块，等到下次移动的时候还是从这块开始移动。也就是说，每次遍历的时候，它只需要遍历一次就可以输出结果了，这样的话它遍历的时间复杂度就为 O(1) 了。我们再来将 new 和 delete 操作封装下，方便后面的使用，具体封装如下
virtual Node* create()
{
return new Node();
}
virtual void destroy (Node* pn)
{
delete pn;
}然后将下面的 new 和 delete 操作全部换成 create 和 destory 函数。我们来试下将 main.cpp 测试代码中移动的 step 改为 2，那么它便输出的是偶数了。我们来看看结果
确实是输出的只有偶数。那么我们移动的 step 为 10 呢？那它就应该只输出 4 了，我们再来看看结果
现在我们的 LinkList 类已经近乎完美了，优化后的效率遍历的时候极大的提高了。通过今天对 LinkList 优化的学习，总结如下：1、单链表的遍历需要在线性时间内完成；2、在单链表内部定义游标变量，通过游标变量提高效率；3、遍历相关的成员函数是相互依赖，相互配合的关系；4、封装结点的申请和删除操作更有利于增强扩展性。
关于 "单链表的优化（十三）" 就介绍到此。希望多多支持编程宝库。
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