C++链表通过节点和指针实现动态数据结构，核心优势在于动态大小、高效插入删除、内存利用率高，适用于数据量变化大或频繁增删的场景；相比数组，链表无需连续内存，但随机访问效率低且有额外指针开销；实现时需警惕空指针解引用、内存泄漏、指针更新错误等陷阱，调试可通过打印、画图、断点等方式；可扩展为双向链表以支持前后遍历，或增加反转、排序、合并等复杂操作。
在C++中实现一个链表，核心在于定义节点结构体，然后通过指针将这些节点串联起来，形成一个动态的数据序列。它不像数组那样在内存中连续存储，而是通过每个节点内部的一个指针，指向序列中的下一个（或上一个）元素。说白了，就是自己手动搭积木，每一块积木（节点）都知道下一块积木在哪里，而你只需要记住第一块积木的位置就行了。
实现一个单向链表，我们通常需要一个Node结构体和一个LinkedList类。
1. Node结构体：
这是链表的基本单元，它至少包含两部分：存储的数据和指向下一个节点的指针。
template <typename T>
struct Node {
T data;
Node* next;
Node(T val) : data(val), next(nullptr) {}
};2. LinkedList类：
这个类会管理链表的整体结构，包括头节点（head）和一些基本操作，比如添加、删除、查找、打印等。
#include <iostream> // 用于输出
#include <stdexcept> // 用于异常处理
template <typename T>
class LinkedList {
private:
Node<T>* head; // 链表的头节点
public:
// 构造函数
LinkedList() : head(nullptr) {}
// 析构函数：释放所有节点内存，防止内存泄漏
~LinkedList() {
Node<T>* current = head;
while (current != nullptr) {
Node<T>* nextNode = current->next;
delete current;
current = nextNode;
}
head = nullptr; // 确保头指针为空
}
// 在链表头部添加元素
void addHead(T val) {
Node<T>* newNode = new Node<T>(val);
newNode->next = head;
head = newNode;
}
// 在链表尾部添加元素
void addTail(T val) {
Node<T>* newNode = new Node<T>(val);
if (head == nullptr) { // 如果链表为空，新节点就是头节点
head = newNode;
return;
}
Node<T>* current = head;
while (current->next != nullptr) { // 遍历到链表尾部
current = current->next;
}
current->next = newNode;
}
// 在指定位置插入元素（位置从0开始）
void insert(int index, T val) {
if (index < 0) {
throw std::out_of_range("Index cannot be negative.");
}
if (index == 0) {
addHead(val);
return;
}
Node<T>* newNode = new Node<T>(val);
Node<T>* current = head;
Node<T>* prev = nullptr;
int count = 0;
while (current != nullptr && count < index) {
prev = current;
current = current->next;
count++;
}
if (count < index) { // 如果index超出了链表长度
throw std::out_of_range("Index out of bounds.");
}
prev->next = newNode;
newNode->next = current;
}
// 删除指定值的第一个元素
bool remove(T val) {
if (head == nullptr) {
return false; // 链表为空
}
if (head->data == val) { // 如果要删除的是头节点
Node<T>* temp = head;
head = head->next;
delete temp;
return true;
}
Node<T>* current = head;
Node<T>* prev = nullptr;
while (current != nullptr && current->data != val) {
prev = current;
current = current->next;
}
if (current == nullptr) { // 没找到
return false;
}
prev->next = current->next; // 跳过当前节点
delete current;
return true;
}
// 查找元素是否存在
bool find(T val) const {
Node<T>* current = head;
while (current != nullptr) {
if (current->data == val) {
return true;
}
current = current->next;
}
return false;
}
// 打印链表所有元素
void print() const {
Node<T>* current = head;
if (current == nullptr) {
std::cout << "List is empty." << std::endl;
return;
}
while (current != nullptr) {
std::cout << current->data << " -> ";
current = current->next;
}
std::cout << "nullptr" << std::endl;
}
// 获取链表长度
int size() const {
int count = 0;
Node<T>* current = head;
while (current != nullptr) {
count++;
current = current->next;
}
return count;
}
};
// 示例使用
int main() {
LinkedList<int> myList;
myList.addHead(10);
myList.addTail(20);
myList.addHead(5);
myList.addTail(30);
myList.print(); // Output: 5 -> 10 -> 20 -> 30 -> nullptr
myList.insert(2, 15);
myList.print(); // Output: 5 -> 10 -> 15 -> 20 -> 30 -> nullptr
std::cout << "Find 20: " << (myList.find(20) ? "Yes" : "No") << std::endl; // Output: Yes
std::cout << "Find 100: " << (myList.find(100) ? "Yes" : "No") << std::endl; // Output: No
myList.remove(15);
myList.print(); // Output: 5 -> 10 -> 20 -> 30 -> nullptr
myList.remove(5); // 删除头节点
myList.print(); // Output: 10 -> 20 -> 30 -> nullptr
myList.remove(30); // 删除尾节点
myList.print(); // Output: 10 -> 20 -> nullptr
std::cout << "List size: " << myList.size() << std::endl; // Output: 2
return 0;
}链表和数组，这哥俩在数据结构里算是老对手了，各有各的脾气和用武之地。从我的经验来看，链表最大的魅力在于它的动态性和插入/删除的效率。你想想看，数组一旦声明了大小，就板上钉钉了，想扩容？那就得重新找一块更大的地方，然后把所有数据搬过去，这效率可想而知。但链表不一样，它天生就是弹性的，需要多大的空间就申请多少个节点，每个节点独立存在，通过指针连接。
具体来说，链表的优势体现在：
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当然，链表也不是万能的。它的缺点也很明显：
所以，什么时候用链表呢？
反之，如果你的数据量相对固定，或者你需要频繁地通过索引进行随机访问，那么数组或者std::vector会是更好的选择。
实现链表，尤其是在C++这种需要手动管理内存的语言里，说实话，是个“坑”不少的活。我刚开始学的时候，没少在这里面栽跟头。最常见的几个陷阱，几乎每个初学者都会遇到：
空指针解引用 (Null Pointer Dereferencing)： 这是头号杀手。当你试图访问一个nullptr指向的内存时，程序会直接崩溃。比如，遍历链表时，忘记检查current != nullptr就去访问current->next。或者删除头节点时，忘记处理链表为空的情况。
nullptr。特别是处理head、current、prev这些关键指针时。内存泄漏 (Memory Leaks)： 在C++中，new出来的内存，用完了一定要delete。链表操作中，如果你删除了一个节点，但忘记delete它，或者改变了指针指向导致旧节点“失联”，那么这块内存就永远无法被回收了。尤其是在remove函数和析构函数中，这是高发区。
new和delete成对出现。在remove操作中，确保被删除的节点在指针断开连接后立即delete。析构函数必须遍历所有节点并delete。使用智能指针（如std::unique_ptr）可以大大缓解这个问题，但对于初学手动实现，还是得老老实实地delete。指针更新错误： 这是最微妙也最难发现的错误之一。在插入、删除节点时，需要修改prev->next和current->next等指针。如果修改顺序不对，或者漏掉了某个指针的更新，链表结构就可能被破坏，导致部分节点丢失，或者形成循环链表（非预期）。特别是处理头节点或尾节点的特殊情况时，很容易出错。
边界条件处理不当： 链表为空、只有一个节点、在头/尾插入/删除、索引越界等，这些都是边界条件。很多bug都发生在这些边缘地带。
调试技巧：
head、current、prev的地址和它们指向的数据。这样可以清晰地看到链表结构的变化。addHead和print，确保它们工作正常；再实现addTail，然后是remove等等。每次增加一个功能，都进行充分测试。链表操作，本质上就是对指针的精细管理。只要你对指针的指向、内存的分配与释放有清晰的认识，并且足够细心，就能避开大部分陷阱。
当我们对单向链表的基本操作驾轻就熟之后，自然会想到如何让它更强大，适应更多场景。扩展链表主要有两个方向：一是增强现有功能，二是改变其基本结构。
1. 实现双向链表 (Doubly Linked List)：
单向链表只能从前往后遍历，如果想从后往前找，或者在已知当前节点的情况下删除它（而不需要它的前一个节点），那就麻烦了。双向链表就是为了解决这个问题而生的。它在每个节点中额外增加一个指向前一个节点的指针。
节点结构体变化：
template <typename T>
struct DoublyNode {
T data;
DoublyNode* next;
DoublyNode* prev; // 新增：指向前一个节点的指针
DoublyNode(T val) : data(val), next(nullptr), prev(nullptr) {}
};LinkedList类中的主要变化：
head和tail指针： 为了方便在两端操作，双向链表通常会同时维护head（头节点）和tail（尾节点）两个指针。next和prev指针。比如在中间插入，newNode->prev指向prevNode，newNode->next指向currentNode；同时，prevNode->next指向newNode，currentNode->prev指向newNode。next和prev指针相互连接起来。比如删除targetNode，需要让targetNode->prev->next = targetNode->next，并且targetNode->next->prev = targetNode->prev。同样要处理好头尾节点和空链表的特殊情况。双向链表虽然增加了内存开销（每个节点多一个指针）和操作的复杂度（每次操作要修改更多指针），但它在某些场景下提供了更高的效率和便利性。
2. 扩展更复杂的操作：
template <typename T>，这使得链表可以存储任何类型的数据（int, double, string, 自定义对象等），大大增加了其通用性。next指针指向，使其指向前一个节点。这些扩展操作，往往需要你对链表的指针操作有更深的理解和更强的抽象能力。每实现一个新功能，都建议先在纸上画图，理清指针的走向，再动手写代码，这样能有效避免很多低级错误。
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