一、链表的基本概念
链表是数据元素的线性集合（linear collection），物理存储不连续。那么，这种设计的优点是什么？缺点又是什么？
链表的基本结构：
链表是由一系列的“节点”组成在一起的集合，节点（node）由数据域（data）和指针域（next）组成。
从功能上看，data负责存储数据，next负责存储下一个节点的位置。当然，用更加严格的语句来讲，next存储的是其直接后继的地址，关于直接后继的定义见：
链表的分类：
常见的链表种类有：单向链表、双向链表、单向循环链表、双向循环链表，将会在后面文章中单独介绍各种链表的结构和代码实现，以及对应的链表操作。
链表的基本操作：
链表的基础操作包含：插入、删除、查找、合并等，此外还有：反转、排序、深度复制等。
链表的优点：
- 插入和删除快；
- 存储空间不受限制，可动态申请扩充，不需事先开辟内存；
链表的缺点：
- 相比于数组，链表的需要更多的存储空间（需存储指针）；
- 存储不连续导致其访问时间长；
- 从反向访问角度，单向链表难以反向访问，扩展为双向链表则需要额外存储反向指针；
- 每次节点访问都需要从头部开始；
二、单链表
基本结构：
单链表的结构含有四个概念：头指针、头结点、普通node、尾结点，下面分别介绍：
- 头指针指向头结点，是单链表的表示，必不可少；
- 头结点是单链表的第一个节点，其数据域内容一般无效；
- 普通node即用于数据存储和直接后继指针存储的节点；
- 尾结点即链表中最后一个节点，其指针域next为空，其后无节点；
单链表的基本操作：
针对单链表常见的操作有：增、改、查、删等，
常用的操作如下：
（1）增
对链表添加元素一般有三种方法：头插法(add)、尾插法(append)、任意位置插入法(insert)。
（2）改
改动链表中某个节点的data。
（3）查
查找分为按值查找和按位置查找两种，前者表示按照值查找对应位置，后者表示按位置查找对应值；
（4）删
删除分为按值删除和按位置删除两种；前者表示按照值删除对应节点，后者表示按照位置删除对应节点；
实现说明：
按照自己目前所看的资料，一般都会实现下面介绍的这些函数，具体介绍放在python和c++实现中。
1.python实现
（1）节点设计
按照单链表的定义可知，节点包含数据域data和指针域next：
但是由于next和python的内置函数next()重名，所以指针域使用pointer表示。
代码如下：
（2）链表类：single_linked_list
上述node类对象即为链表的基本组成结构，可以用于实现头结点、普通节点和尾结点。
因此，链表类只需要提供头指针：
（3）判断链表是否为空：is_empty()函数
实际上，只需要判断头指针是否指向node类对象（或是否等于none），就可判断一个链表是否为空：
（4）头插法：add()函数
在链表头进行节点插入是很常见的插入操作，这种方式使得“先插入的节点在链表尾部”。头插法需要将头指针指向新的节点，并让新的节点指向原来的头结点：
（5）尾插法：append()函数
如果想要链表节点次序和插入次序相同，就需要使用尾插法。在插入之前需要判断链表是否为空，如果不为空才能进行插入（可以调用前面定义的is_empty()函数，但是下述代码没有）。
此外，还需要进行链表的遍历操作，找到最后一个节点。单链表只能从表头开始访问，所以每次尾插都必须遍历。
（6）在任意位置插入：insert()函数
前面介绍的头插法和尾插法，其原理相对简单，但是并不能完全满足插入需求。如果知道目标插入的位置，可以采用insert()函数实现任意位置的节点插入。
需要注意的是，在实现insert()函数时必须考虑到“position”参数可能出现的几种情况。比如python中并没有明确的类型要求，所以要检查“position”是不是int类型。
对于核心的节点插入实现功能，需要找到目标插入位置对应的节点，并使得这个节点指向新节点，让新节点指向原位置节点的后一个节点。这个过程类似于铁链中加入铁环的过程，要保证新铁环和原来的两个铁环相连接。
（7）计算链表长度：get_length()函数
对于调用者和类内部的其它函数来做，链表长度是一个非常有用的值。比如在插入函数insert()中，需要判断插入位置是不是大于链表长度。
计算链表长度的实现比较简单，只需要遍历链表的所有节点，并用计数器来统计节点的数目即可。
（8）遍历所有节点：traversal()函数
链表、树、图等结构都需要遍历操作，其中链表的遍历比较简单，只需要依次的访问所有节点即可。
（9）搜索：search()函数
前面提到搜索有按值搜索和按位置搜索两种，它们的原理和实现都十分相似，所以仅以按值搜索为例。
需要注意的是，insert()函数需要判断链表是否为空，并且需要考虑到目标值不在链表中的情况，分别对应不同的返回值。
（10）删除：delete()函数
上述的查找中以“按值查找”为例，这次删除中同样以“按值删除”为例，“按位置删除”的实现与之类似。
按值删除，即删除目标值对应的目标节点。在进行遍历时，需要记录当前节点和当前节点的前一个节点。因为，一旦查找大目标值所在的目标节点，需要令目标节点的前一个节点指向目标节点的下一个节点，即完成节点的删除。
2.c++实现
前面的python实现中已经分析了各个函数的作用，以及对应的实现过程。虽然python和c++的语法不同，但是核心过程是类似的，所以下面不再重复对过程的叙述。
（1）节点设计
由于c++的指针必须指定类型，所以需要使用空指针null作为pointer的值。
（2）链表类：singlelinkedlist
遵循声明和实现分类的策略，先对各个函数进行声明。
（3）判断链表是否为空：isempty()函数
（4）头插法：add()函数
（5）尾插法：append()函数
（6）在任意位置插入：insert()函数
（7）计算链表长度：getlength()函数
（8）遍历所有节点：traversal()函数
（9）搜索：search()函数
（10）删除：remove()函数
总结：
在使用python实现时，头结点数据域data是有效的。这种方式使得代码中需要很多的“if-else”判断结构，增加了代码的复杂性。
在使用c++实现时，头结点数据域data是无效的，这种方式使得代码更加简洁。
到此这篇关于c++和python实现单链表及其原理的文章就介绍到这了,更多相关c++,python单链表内容请搜索www.887551.com以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持www.887551.com！
