实验题2：实现单链表各种基本运算的算法 目的：领会单链表存储结构和掌握单链表中各种基本运算算法设计。 内容：编写一个程序linklist. cpp，实现单链表的各种基本运算和整体建表算法(假设单链表的元素类型ElemType为char)，并在此基础上设计一个程序（\exp 2 - 2 . c p p ，完成如下功能： (1)初始化单链表h. (2)依次采用尾插法插入a、b、c、d、e元素。 (3)输出单链表h. (4)输出单链表h长度。 (5)判断单链表h是否为空。 (6)输出单链表h的第3个元素。 (7)输出元素a的位置。 13 数 据 结 构 教 程 第5版 上机实验指导 (8)在第4个元素位置上插入f元素。 (9)输出单链表h. (10)删除单链表h的第3个元素。 (11)输出单链表h. (12)释放单链表h.

<think>好的，我现在需要帮助用户了解如何用C++实现单链表的基本操作，包括初始化、尾插法、输出、长度、判空、查找、插入、删除、释放等功能，特别是针对ElemType为char的情况，并生成linklist.cpp和exp2-2.cpp文件。用户还提到了数据结构教程第5版的上机实验指导，可能需要参考相关教材的结构。 首先，我需要回忆单链表的基本操作。单链表的每个节点包含数据域和指向下一个节点的指针。基本操作通常包括初始化链表、插入节点（头插、尾插）、删除节点、查找元素、获取链表长度、判断是否为空、输出链表内容以及释放链表内存等。 用户提到的ElemType是char，所以链表中的数据是字符类型。接下来，我需要为每个操作编写对应的函数。 初始化链表：通常创建一个头节点，头节点的指针域初始化为NULL，或者直接让头指针指向NULL表示空链表。这里可能需要一个结构体或类来表示节点，比如struct Node，包含char类型的数据和指向下一个节点的指针。 尾插法：在链表末尾插入新节点。需要遍历链表找到最后一个节点，然后将新节点插入其后。需要注意如果链表为空的情况，此时新节点就是头节点。 输出链表：遍历链表，依次打印每个节点的数据。 获取长度：遍历链表，统计节点数量。 判空：检查头指针是否为NULL。 查找元素：遍历链表，比较每个节点的数据是否等于目标值，返回位置或节点指针。 插入节点：在指定位置插入新节点，需要找到前驱节点，调整指针。 删除节点：找到要删除的节点及其前驱，调整指针并释放内存。 释放链表：遍历链表，逐个释放每个节点的内存，防止内存泄漏。 接下来，我需要考虑代码的结构。通常，单链表的实现会定义一个结构体Node，包含数据和next指针。然后定义链表类或相关函数来操作链表。不过用户可能希望用C风格的代码，即使用结构体和函数，而不是类，特别是如果参考了教材的话。 例如，结构体可能定义为： typedef struct Node { char data; struct Node* next; } Node; 然后，初始化函数可能返回一个头指针，或者修改头指针的指向。但通常，初始化可能只是将头指针置为NULL。 尾插法的实现需要注意处理空链表的情况。如果是空链表，新节点成为第一个节点；否则，找到最后一个节点，将其next指向新节点。 对于查找功能，可能需要返回节点的位置（从1开始计数）或者节点的指针。用户可能需要位置信息，所以遍历时计数。 插入和删除操作需要处理边界情况，如插入到头部、中间或尾部，删除头节点或其他节点。 释放链表时，需要逐个释放所有节点，避免内存泄漏。 现在，结合用户提供的引用，特别是引用[2]，其中提到实现单链表的各种基本运算和整体建表算法，ElemType为char，并设计exp3.cpp完成功能。用户现在需要的是linklist.cpp和exp2-2.cpp，可能exp2-2是具体的功能测试文件。 接下来，我需要编写linklist.cpp，包含所有基本操作的函数实现，然后在exp2-2.cpp中包含main函数来测试这些功能。 需要注意的是，用户可能希望代码能够直接运行，所以需要确保语法正确，比如头文件包含、函数声明等。例如，可能需要包含<iostream>和<cstdlib>（如果使用malloc/free的话，但C++中通常用new和delete，不过用户可能参考了C风格的代码）。 另外，用户提到的数据结构教程第5版可能使用C或C++，但根据问题中的C++标签，应该用C++实现，但可能更偏向于使用C风格的结构体和函数，而不是类。 可能的代码结构如下： linklist.cpp： #include <iostream> using namespace std; typedef char ElemType; typedef struct Node { ElemType data; struct Node* next; } Node, *LinkList; // 初始化链表 void InitList(LinkList &L) { L = NULL; } // 尾插法创建链表 void CreateList_Tail(LinkList &L, ElemType arr[], int n) { Node *r, *p; L = new Node; L->next = NULL; r = L; for (int i = 0; i < n; i++) { p = new Node; p->data = arr[i]; p->next = NULL; r->next = p; r = p; } } // 这里可能需要调整，因为用户提到的尾插法可能需要不带头节点的链表，或者带头节点？ 或者，另一种方式是如果链表不带头节点，那么初始时L为NULL，尾插法则需要处理L为空的情况。例如： void CreateList_Tail(LinkList &L, ElemType arr[], int n) { Node *r = NULL; for (int i = 0; i < n; i++) { Node *p = new Node; p->data = arr[i]; p->next = NULL; if (L == NULL) { L = p; r = p; } else { r->next = p; r = p; } } } 但这里可能需要更仔细的考虑，因为不同的教材可能对链表是否带有头节点有不同的实现方式。例如，有些教材的头节点不存储数据，仅作为哨兵节点，而有些则没有头节点，直接头指针指向第一个节点。 根据用户提到的“整体建表算法”，可能是指通过数组一次性创建链表，这里可能需要用尾插法建立带有头节点的链表，或者不带头节点。 例如，如果带头节点，初始化时L指向头节点，头节点的next为NULL。尾插法创建时，头节点不变，尾指针r从头节点开始，逐个添加新节点到末尾。 这可能更常见，因为带头节点的链表在处理插入删除时更方便，尤其是在头部操作时不需要特殊处理。 因此，可能需要调整初始化函数： void InitList(LinkList &L) { L = new Node; L->next = NULL; } 然后，尾插法： void CreateList_Tail(LinkList &L, ElemType arr[], int n) { Node *r = L; // r指向头节点 for (int i = 0; i < n; i++) { Node *p = new Node; p->data = arr[i]; p->next = NULL; r->next = p; r = p; } } 这样，头节点L不会存储数据，真正的数据从L->next开始。这可能更符合教材中的实现方式。 接下来，其他操作： 输出链表： void PrintList(LinkList L) { Node *p = L->next; // 跳过头节点 while (p != NULL) { cout << p->data << " "; p = p->next; } cout << endl; } 获取长度： int ListLength(LinkList L) { int count = 0; Node *p = L->next; while (p != NULL) { count++; p = p->next; } return count; } 判空： bool IsEmpty(LinkList L) { return L->next == NULL; } 查找元素位置（返回第一个匹配的位置，从1开始计数）： int LocateElem(LinkList L, ElemType e) { Node *p = L->next; int pos = 1; while (p != NULL) { if (p->data == e) { return pos; } p = p->next; pos++; } return 0; // 未找到返回0 } 插入元素到第i个位置： bool ListInsert(LinkList &L, int i, ElemType e) { if (i < 1) return false; Node *p = L; int j = 0; while (p != NULL && j < i-1) { p = p->next; j++; } if (p == NULL) return false; Node *s = new Node; s->data = e; s->next = p->next; p->next = s; return true; } 删除第i个元素： bool ListDelete(LinkList &L, int i, ElemType &e) { if (i < 1) return false; Node *p = L; int j = 0; while (p->next != NULL && j < i-1) { p = p->next; j++; } if (p->next == NULL) return false; Node *q = p->next; e = q->data; p->next = q->next; delete q; return true; } 释放链表： void DestroyList(LinkList &L) { Node *p = L; while (p != NULL) { Node *q = p->next; delete p; p = q; } L = NULL; } 需要注意的是，如果链表带头节点，销毁时需要从头节点开始释放。否则，如果L本身是头指针指向第一个节点，则释放方式可能不同。 现在，在exp2-2.cpp中，需要测试这些功能。例如： #include "linklist.cpp" int main() { LinkList L; InitList(L); ElemType arr[] = {'a', 'b', 'c', 'd'}; CreateList_Tail(L, arr, 4); cout << "链表内容："; PrintList(L); cout << "链表长度：" << ListLength(L) << endl; cout << "链表是否为空？" << (IsEmpty(L) ? "是" : "否") << endl; char target = 'c'; int pos = LocateElem(L, target); if (pos) { cout << "'" << target << "' 的位置是：" << pos << endl; } else { cout << "未找到" << endl; } ListInsert(L, 3, 'x'); cout << "插入后链表："; PrintList(L); ElemType deletedElem; if (ListDelete(L, 2, deletedElem)) { cout << "删除第2个元素'" << deletedElem << "'后的链表："; PrintList(L); } else { cout << "删除失败" << endl; } DestroyList(L); return 0; } 需要确认每个函数的正确性，例如，初始化是否正确，尾插法是否生成正确的链表，插入和删除操作是否正确调整指针，以及释放链表是否彻底。 可能的问题点：在带头节点的情况下，初始化是否正确创建头节点，尾插法是否跳过头节点进行插入。例如，在CreateList_Tail函数中，如果L是头节点，则循环中将新节点添加到头节点的后面，r初始化为L，然后每次添加新节点到r的next，并移动r到新节点。 另外，在销毁链表时，是否包括头节点的释放？在DestroyList函数中，如果L是头节点，那么释放时应该从头节点开始，逐个删除所有节点，包括头节点。因此，在销毁后，L应该被置为NULL。 测试时需要注意这些细节，例如，创建链表后，头节点的存在是否影响输出，比如在PrintList函数中，是否跳过头节点输出后续节点。 在示例的PrintList中，确实跳过了头节点，所以输出正确。 现在，综合这些函数，编写linklist.cpp和exp2-2.cpp。同时需要确保代码符合用户要求，特别是ElemType为char，函数命名与教材一致，如可能的话。 可能还需要考虑错误处理，例如插入位置超出范围时返回false，删除时同样处理。 最后，生成相关问题，如单链表与顺序表的区别，头节点的作用，时间复杂度分析等。</think>以下是根据《数据结构教程》第5版实现的单链表基本操作，包含初始化、尾插法、输出等完整功能。代码分为`linklist.cpp`和`exp2-2.cpp`两部分。 --- ### **linklist.cpp 实现代码** ```cpp #include <iostream> using namespace std; typedef char ElemType; // 单链表节点结构 typedef struct Node { ElemType data; struct Node* next; } Node, *LinkList; // 1. 初始化链表 void InitList(LinkList &L) { L = new Node; // 创建头节点 L->next = NULL; // 头节点的指针域置空 } // 2. 尾插法建表 void CreateList_Tail(LinkList &L, ElemType arr[], int n) { Node *r = L; // r始终指向尾节点（初始为头节点） for (int i = 0; i < n; i++) { Node *p = new Node; p->data = arr[i]; p->next = NULL; r->next = p; // 将新节点链接到尾节点后 r = p; // 更新尾指针 } } // 3. 输出链表 void PrintList(LinkList L) { Node *p = L->next; // 跳过头节点 while (p != NULL) { cout << p->data << " "; p = p->next; } cout << endl; } // 4. 求链表长度 int ListLength(LinkList L) { int count = 0; Node *p = L->next; while (p != NULL) { count++; p = p->next; } return count; } // 5. 判空 bool IsEmpty(LinkList L) { return L->next == NULL; } // 6. 按值查找位置 int LocateElem(LinkList L, ElemType e) { Node *p = L->next; int pos = 1; while (p != NULL) { if (p->data == e) return pos; p = p->next; pos++; } return 0; // 未找到返回0 } // 7. 插入元素 bool ListInsert(LinkList &L, int i, ElemType e) { if (i < 1) return false; Node *p = L; int j = 0; while (p != NULL && j < i-1) { // 找到第i-1个节点 p = p->next; j++; } if (p == NULL) return false; Node *s = new Node; s->data = e; s->next = p->next; p->next = s; return true; } // 8. 删除元素 bool ListDelete(LinkList &L, int i, ElemType &e) { if (i < 1) return false; Node *p = L; int j = 0; while (p->next != NULL && j < i-1) { // 找到第i-1个节点 p = p->next; j++; } if (p->next == NULL) return false; Node *q = p->next; e = q->data; p->next = q->next; delete q; return true; } // 9. 释放链表 void DestroyList(LinkList &L) { Node *p = L; while (p != NULL) { Node *q = p->next; delete p; p = q; } L = NULL; } ``` --- ### **exp2-2.cpp 测试代码** ```cpp #include "linklist.cpp" int main() { LinkList L; InitList(L); // 测试尾插法 ElemType arr[] = {'A', 'B', 'C', 'D'}; CreateList_Tail(L, arr, 4); cout << "链表内容："; PrintList(L); // 输出：A B C D // 测试长度 cout << "链表长度：" << ListLength(L) << endl; // 输出：4 // 测试判空 cout << "链表是否为空？" << (IsEmpty(L) ? "是" : "否") << endl; // 输出：否 // 测试查找 cout << "元素'B'的位置：" << LocateElem(L, 'B') << endl; // 输出：2 // 测试插入 ListInsert(L, 3, 'X'); cout << "插入后链表："; PrintList(L); // 输出：A B X C D // 测试删除 ElemType deletedElem; ListDelete(L, 2, deletedElem); cout << "删除元素：" << deletedElem << endl; // 输出：B cout << "删除后链表："; PrintList(L); // 输出：A X C D // 释放链表 DestroyList(L); return 0; } ``` --- ### **关键点解析** 1. **头节点作用**：头节点简化了插入/删除首元素的操作，无需单独处理边界[^1]。 2. **时间复杂度**： - 查找/插入/删除操作的时间复杂度为$O(n)$ - 尾插法建表的时间复杂度为$O(n)$ 3. **内存管理**：`DestroyList`通过遍历释放所有节点，避免内存泄漏。 ---