程序员修炼之路-(2)线性表(上)：数组与链表

1 两块基石

数组与链表构成各种数据结构的基石，是实现所有数据结构必不可少的元素。

1.1 数组

数组一般内置于编程语言中，直接通过索引(index)读写。索引一般为数字，有的语言甚至直接支持如字符串等其他类型的索引。在很多数据结构中都能看到数组的身影，例如字符串、动态数组、堆、栈和队列（用链表也可以，但用数组实现很高效）等。

1.2 链表

概念上都能理解，但实现起来还真有很多容易出错的地方。

实现细节

Ø 表头（header）：为什么要添加一个表头？因为有了表头，在第一个结点前添加结点或删除第一结点时会很方便。否则就需要修改客户端持有的链表指针的值，这就要求insert()和delete都要传入二级指针，才能修改客户端持有指针的值。Ø 插入设计：删除结点时一般是指定要删除结点的value，插入则有三种设计：1）追加(append)到链表末尾；2）插入（insert）到指定位置，通过索引或结点的值来指定位置；3）插入（insert）到指定位置，但位置是通过指针来指定。其实，后两种方式差不多，区别就在于是insert()自己调用find()还是客户端先调用一下find()查找，再调用insert()。Ø 删除结点：双向链表就不说了，对于单向链表，删除结点时要遍历至要删除结点的前一个，将这个结点的next域跨过要删除的结点，直接指向要删除结点的next，再释放掉要删除结点占用的内存空间就算完成了。Ø 查找结点：结点值匹配时一定要“==”啊！

C实现

接口定义：结构Node为内部实现，暴露给客户端的是List和Position两个指针。函数包括三块：创建和销毁、增删查、调试打印。由于C语言的限制，元素都只支持int。关于命名，所有函数都使用数据结构名List作为前缀，避免客户端使用时发生命名冲突。


Node结构体：结构体很简单，就是指向下一个结点的指针域next和值域value。


创建和销毁：创建时注意对malloc返回值的判断。销毁时则要注意两点：1）逐个结点销毁，最后销毁头结点；2）使用二级指针：修改客户端持有的List指针的值，避免客户端引用到销毁后的非法内存空间。


增删查：具体注意点在前面已经都提到过，再次强调一下：1）插入的三种设计，这里实现了1追加和3插入到指针指定的位置两种方式；2）对于单向链表，删除时要遍历到前继结点而不是要删除的那个结点；3）查找比较值时一定要“==”。

C++实现

模板类定义：得益于C++的类封装和模板功能，代码变得更加结构化，终于回到了我们熟悉的面向对象世界。因为delete是关键字，所以删除方法改名为remove。


Node类：结点也封装为一个类Node2，这样为每个结点分配内存、初始化成员变量的工作就都统一放到Node2中了，从后面的List2的构造函数中就能明显看到这种优点。


构造和析构：因为Node2类的封装，构造函数变得很简洁。而析构函数则没什么改变，只是free()函数调用变成了delete。


增删查：这次插入和删除该用索引下标的设计方式，所以插入和删除都要遍历到前继结点。


注意wild野指针问题：如果Node2的next忘记初始化为NULL，那么后续的append()等各种遍历操作都会访问到一个非法的内存位置，导致程序意外终止退出。


在Visual Studio中调试方法为：异常退出时VS会提示是否调试，选“是”。控制台输出为非法访问内存位置0x000000043，从链表的各个结点的next值能明显看出，前几个结点的next值为0x006ae开头的内存位置，但最后一个结点的内存位置正是控制台输出的，明显与程序分配内存地址差很远，所以这是野指针导致的，查看代码是否有未赋值NULL的指针即可。

STL实现

（待补充《STL源码剖析》）