请编写程序，将 n 个整数插入初始为空的单链表，第 i 个整数插入在第 i 个位置上。注意：i 代表位序，从 1 开始。插入结束后，输出链表长度，并顺序输出链表中的每个结点的数值。最后，尝试将最后一个整数插入到链表的第 0 个、第 n+2 个位置上，以测试错误信息的输出。 输入格式： 输入首先在第一行给出正整数 n（≤20）；随后一行给出 n 个 int 范围内的整数，数字间以空格分隔。 输出格式： 按照题面描述的要求，首先在第 1 行输出链表信息，格式为： 表长: x1 x2 ... xn 注意数字间有 1 个空格分隔，行首尾无多余空格。 在第 2、3 行分别输出将最后一个整数插入到链表的第 0 个、第 n+2 个位置上的信息 —— 当插入位置不合法时，应输出 错误：插入位置不合法。。 输入样例： 5 1 2 3 4 5 输出样例： 5: 1 2 3 4 5 错误：插入位置不合法。 错误：插入位置不合法。

<think>嗯，用户想了解如何用C、C++或Python实现单链表的插入节点、输出链表信息以及处理非法位置的情况。首先，我需要回忆单链表的基本结构。每个节点应该包含数据和指向下一个节点的指针。插入操作需要考虑头部、尾部和中间位置，还要处理非法位置，比如负数或者超过链表长度的位置。 然后，我得考虑如何输出链表的长度和内容。链表长度可以在插入或删除时维护一个变量，这样直接返回即可。输出内容则需要遍历链表，逐个打印节点的数据。 接下来，处理非法插入位置的情况。比如插入位置是负数或者大于当前链表长度的情况，这时候应该抛出错误提示或者返回特定的错误代码。比如在C++中，可以抛出异常，或者在函数中返回bool值表示操作是否成功。 接下来需要分语言来实现。用户提到C、C++、Python，所以可能需要分别给出示例。但用户的问题可能更偏向于其中一种，或者需要综合比较。不过根据用户提供的引用内容，引用3中是C语言的链表操作，可能用户更倾向于C的实现。不过用户也提到了Python，所以可能需要给出两种语言的例子。 比如在Python中，可以用类来定义节点和链表。每个节点有val和next属性。链表类包含头节点和长度。插入时需要判断位置是否为0（头部），或者等于长度（尾部），或者在中间。对于非法位置，比如位置小于0或大于长度，则抛出异常或打印错误信息。 在C++中，可以用结构体定义节点，链表类包含头指针和长度。插入操作类似，但需要处理指针操作，比如找到前驱节点，然后调整指针指向。同样需要检查位置是否合法。 处理非法位置的关键是在插入之前检查位置参数是否在0到length之间（假设位置从0开始）。如果位置无效，则直接返回错误。比如在插入函数中，先判断位置是否合法，如果不合法，输出错误信息并终止操作。 输出链表内容的话，遍历链表，从头节点开始，依次访问每个节点，直到next为None/nullptr为止。同时记录遍历的节点数，确保长度正确。 现在需要将这些思路转化为具体的代码示例。需要确保代码语法正确，比如在C++中使用指针的正确操作，在Python中使用类的正确方法。同时，处理异常情况，比如空链表时的处理。 例如，Python的实现可能如下： 定义Node类，包含val和next。定义LinkedList类，包含head和length。插入方法中，判断位置是否合法，然后分情况处理头部、中间和尾部插入。输出方法遍历链表，打印每个节点的值。 在C++中，类似的结构，使用struct定义节点，LinkedList类管理头节点和长度。插入时需要处理指针，比如在中间插入时，找到位置的前一个节点，调整其next指针。 可能还需要考虑内存管理，特别是在C++中，需要确保没有内存泄漏，但用户的问题可能更关注功能实现而非内存管理。 现在需要检查是否有遗漏的功能点，比如输出链表长度和内容，处理非法位置。确保每个示例都包含这些功能。 最后，需要验证代码是否正确。例如，插入位置0应该在头部插入，插入位置等于长度在尾部插入，中间位置则在对应位置插入。非法位置如-1或超过长度时，应给出错误提示。 可能还需要测试边界情况，比如链表为空时插入，或者插入到最后一个位置之后。 总结步骤： 1. 定义节点结构 2. 定义链表类，包含头节点和长度 3. 实现插入方法，处理位置合法性 4. 实现输出方法，遍历链表并打印内容 5. 处理非法位置时的错误提示 现在需要将这些步骤转化为具体代码，并确保各语言实现正确。</think>### 单链表操作实现步骤说明 单链表的插入、输出和异常处理需要关注节点链接关系与边界条件。以下是分步骤说明及代码实现（以C++和Python为例）： --- ### 一、数据结构定义 #### C++实现 ```cpp struct ListNode { int val; ListNode* next; ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {} }; class LinkedList { private: ListNode* head; // 头节点指针 int length; // 链表长度 public: LinkedList() : head(nullptr), length(0) {} // 插入方法将在下文实现 }; ``` #### Python实现 ```python class Node: def __init__(self, val): self.val = val self.next = None class LinkedList: def __init__(self): self.head = None self.length = 0 ``` --- ### 二、插入节点实现 需处理三种情况：头部插入、尾部插入、中间插入，并验证位置合法性。 #### 1. 插入逻辑 - **合法位置范围**：$0 \leq \text{pos} \leq \text{length}$ - **非法位置处理**：直接返回错误信息 #### C++实现 ```cpp bool insert(int pos, int val) { if (pos < 0 || pos > length) { // 非法位置判断 std::cout << "非法插入位置！" << std::endl; return false; } ListNode* newNode = new ListNode(val); if (pos == 0) { // 头部插入 newNode->next = head; head = newNode; } else { // 中间/尾部插入 ListNode* prev = head; for (int i = 0; i < pos - 1; ++i) { // 找到前驱节点 prev = prev->next; } newNode->next = prev->next; prev->next = newNode; } length++; return true; } ``` #### Python实现 ```python def insert(self, pos, val): if pos < 0 or pos > self.length: print("非法插入位置！") return False new_node = Node(val) if pos == 0: # 头部插入 new_node.next = self.head self.head = new_node else: # 中间/尾部插入 prev = self.head for _ in range(pos - 1): prev = prev.next new_node.next = prev.next prev.next = new_node self.length += 1 return True ``` --- ### 三、输出链表信息 #### C++实现 ```cpp void printList() { ListNode* curr = head; std::cout << "长度：" << length << " 内容："; while (curr != nullptr) { std::cout << curr->val << " -> "; curr = curr->next; } std::cout << "NULL" << std::endl; } ``` #### Python实现 ```python def print_list(self): curr = self.head print(f"长度：{self.length} 内容：", end="") while curr: print(curr.val, end=" -> ") curr = curr.next print("None") ``` --- ### 四、测试用例验证 #### 测试场景 1. 头部插入 `insert(0, 10)` 2. 尾部插入 `insert(1, 20)` 3. 中间插入 `insert(1, 15)` 4. 非法插入 `insert(5, 99)` #### C++测试代码 ```cpp int main() { LinkedList list; list.insert(0, 10); // 10 -> NULL list.insert(1, 20); // 10 -> 20 -> NULL list.insert(1, 15); // 10 -> 15 -> 20 -> NULL list.insert(5, 99); // 输出"非法插入位置！" list.printList(); return 0; } ``` #### Python测试代码 ```python ll = LinkedList() ll.insert(0, 10) # 10 -> None ll.insert(1, 20) # 10 -> 20 -> None ll.insert(1, 15) # 10 -> 15 -> 20 -> None ll.insert(5, 99) # 输出"非法插入位置！" ll.print_list() ``` --- ### 五、核心逻辑总结 1. **时间复杂度**：插入操作平均需要$O(n)$时间（遍历查找前驱节点） 2. **空间复杂度**：存储节点需$O(n)$空间 3. **边界处理**：插入位置合法性检查是避免链表断裂的关键步骤[^3] ---