顺序表和单链表的对比（十二）-创新互联

我们在之前学习了线性表和单链表的相关特性，本节博客我们就来看看它们的区别。首先提出一个问题：如何判断某个数据元素是否存在于线性表中？那肯定是直接遍历一遍了，我们来看看代码
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#include 
#include "LinkList.h"

using namespace std;
using namespace DTLib;

int main()
{
    LinkList list;

    for(int i=0; i<5; i++)
    {
        list.insert(0, i);
    }

    for(int i=0; i       我们判断 3 是都存在于当前线性表中，如果存在，便输出。看看输出结果
       我们看到在查找的时候还得去手动遍历一遍，感觉很麻烦。那么我们在之前的实现中，少了一个操作，那便是查找操作find。它可以为线性表（List）增加一个查找操作，原型为int find(const T& e) const;参数为带查找的数据元素；返回值：>=0 时，则表示数据元素在线性表中第一次出现的位置；为 -1 时，则表示数据元素不存在。下面我们看看数据元素查找的示例代码，如下
LinkList list;

for(int i=0; i<5; i++)
{
    list.insert(0, i);
}

cout << list.find(3) << endl;    // ==> 1
       下来我们在 List.h 源码中添加 find 操作，如下
List.h 源码
#ifndef LIST_H
#define LIST_H

#include "Object.h"

namespace DTLib
{

template < typename T >
class List : public Object
{
protected:
    List(const List&);
    List& operator= (const List&);
public:
    List() {}
    virtual bool insert(const T& e) = 0;
    virtual bool insert(int i, const T& e) = 0;
    virtual bool remove(int i) = 0;
    virtual bool set(int i, const T& e) = 0;
    virtual bool get(int i, T& e) const = 0;
    virtual int find(const T& e) const = 0;
    virtual int length() const = 0;
    virtual void clear() = 0;
};
SeqList.h 源码
#ifndef SEQLIST_H
#define SEQLIST_H

#include "List.h"
#include "Exception.h"

namespace DTLib
{

template < typename T >
class SeqList : public List
{
protected:
    T* m_array;
    int m_length;
public:
    bool insert(int i, const T& e)
    {
        bool ret = ((0 <= i)  && (i <= m_length));

        ret = ret &&  (m_length < capacity());

        if( ret )
        {
            for(int p=m_length-1; p>=i; p--)
            {
                m_array[p+1] = m_array[p];
            }

            m_array[i] = e;
            m_length++;
        }

        return ret;
    }

    bool insert(const T& e)
    {
        return insert(m_length, e);
    }

    bool remove(int i)
    {
        bool ret = ((0 <= i) && (i < m_length));

        if( ret )
        {
            for(int p=i; p&>(*this))[i];
    }

    virtual int capacity() const = 0;
};

}

#endif // SEQLIST_H
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
{
protected:
    struct Node : public Object
    {
        T value;
        Node* next;
    };

    mutable struct : public Object
    {
        char reserved[sizeof(T)];
        Node* next;
    } m_header;
    int m_length;

    Node* position(int i) const
    {
        Node* ret = reinterpret_cast(&m_header);

        for(int p=0; pnext;
        }

        return ret;
    }
public:
    LinkList()
    {
        m_header.next = NULL;
        m_length = 0;
    }
    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;
    }

    ~LinkList()
    {
        clear();
    }
};

}

#endif // LINKLIST_H
       那么此时的 main.cpp 就可以写成这样的了
#include 
#include "LinkList.h"

using namespace std;
using namespace DTLib;

int main()
{
    LinkList list;

    for(int i=0; i<5; i++)
    {
        list.insert(0, i);
    }

    cout << list.find(3) << endl;

    return 0;
}
       我们来看看结果
       我们来查找下 -3 呢
       我们看到如果查找的元素在里面，则返回 1；如果没有，则返回 -1。那么我们如果查找的是类呢？那程序还会编译通过吗？我们来看看，main.cpp 源码如下
#include 
#include "LinkList.h"

using namespace std;
using namespace DTLib;

class Test
{
    int i;
public:
    Test(int v = 0)
    {
        i = v;
    }
};

int main()
{
    Test t1(1);
    Test t2(3);
    Test t3(3);
    LinkList list;

    return 0;
}
       编译结果如下
       编译报错了，我们并没有改动 LinkList 中的代码，为什么这块会报错呢？那么此时我们想要让两个类对象进行相等的比较，可是我们并没有定义== 操作符，此时肯定会出错。那么我们在类 Test 中进行 == 操作符的定义，如下
class Test
{
    int i;
public:
    Test(int v = 0)
    {
        i = v;
    }
    
    bool operator == (const Test& obj)
    {
        return true;
    }
};
       我们再来编译下，看看结果
       编译是通过的，那么我们此时便觉得奇怪了。我们为什么要在 Test 类中定义 == 操作符呢，此时最好的解决办法是在顶层父类 Object 中添加 == 和 ！= 操作符，然后将 Test 类继承自 Object 类就可以了。
Object.h 源码
#ifndef OBJECT_H
#define OBJECT_H

namespace DTLib
{

class Object
{
public:
    void* operator new (unsigned int size) throw();
    void operator delete (void* p);
    void* operator new[] (unsigned int size) throw();
    void operator delete[] (void* p);
    bool operator == (const Object& obj);
    bool operator != (const Object& obj);
    virtual ~Object() = 0;
};

}

#endif // OBJECT_H
Object.cpp 源码
#include "Object.h"
#include 

namespace DTLib
{

void* Object::operator new (unsigned int size) throw()
{
    return malloc(size);
}

void Object::operator delete (void* p)
{
    free(p);
}

void* Object::operator new[] (unsigned int size) throw()
{
    return malloc(sizeof(size));
}

void Object::operator delete[] (void* p)
{
    free(p);
}

bool Object::operator == (const Object& obj)
{
    return (this == &obj);
}

bool Object::operator != (const Object& obj)
{
    return (this != &obj);
}

Object::~Object()
{

}

}
       此时的 main.cpp 代码如下
#include 
#include "LinkList.h"

using namespace std;
using namespace DTLib;

class Test : public Object
{
    int i;
public:
    Test(int v = 0)
    {
        i = v;
    }

    bool operator == (const Test& obj)
    {
        return (i == obj.i);
    }
};

int main()
{
    Test t1(1);
    Test t2(3);
    Test t3(3);
    LinkList list;

    list.insert(t1);
    list.insert(t2);
    list.insert(t3);

    cout << list.find(t2) << endl;

    return 0;
}
       我们来看看编译输出结果
       那么我们在 main.cpp 测试代码中将 t1, t2, t3 对象插入到 list 中，然后查找 t2 是否存在，那么它肯定是存在的，因此会输出 1。那么我们来分析下顺序表和单链表的时间复杂度的对比，如下
       我们看到顺序表只有三个 O(n) ，而单链表几乎是全部是 O(n)。从时间复杂度上来看，似乎顺序表更占优势，那么我们在平时的开发中，为什么经常见到的是单链表而不是顺序表呢？在实际的工程开发中，时间复杂度只是一个参考指标，对于内置基础类型，顺序表和单链表的效率不相上下，而对于自定义类型来说，顺序表在效率上低于单链表。在插入和删除操作中，顺序表涉及大量数据对象的复制操作，而单链表只涉及指针操作，效率与数据对象无关。对于数据访问，顺序表是随机访问，可直接定位数据对象；而对于单链表来说是顺序访问，必须从头访问数据对象，无法直接定位。
       一般在工程开发中，顺序表主要用于：数据元素类型相对简单，不涉及深拷贝；数据元素相对稳定，访问操作远多于插入和删除操作。单链表主要用于：数据元素的类型相对复杂，复制操作相对耗时；数据元素不稳定，需要经常插入和删除，访问操作较少的情况。通过今天的学习，总结如下：1、线性表中元素的查找依赖于相等比较操作符（==）；2、顺序表适用于访问需求量较大的场合（随机访问）；3、单链表适用于数据元素频繁插入删除的场合（顺序访问）；4、当数据类型相对简单时，顺序表和单链表的效率不相上下。
            

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