数据结构与算法学习记录（一）

数据结构对我来说其实并不陌生，写项目的时候其实也用的不少，但是很少关心他们底层是怎么实现的，还是要补一下，来自己写一下数据结构的实现。

今天主要是用两种方法实现List，一种是顺序表，一种是单链表

1、先定义一个IListDS的接口，定义出需要具体实现的功能

namespace 数据结构与算法
{
    public interface IListDS<T>
    {
        /// <summary>
        /// 获取List长度（元素个数）
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        int GetLength();
        
        /// <summary>
        /// 清空List
        /// </summary>
        void Clear();
        
        /// <summary>
        /// 判断List是否为空
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        bool IsEmpty();
        
        /// <summary>
        /// 往List添加元素
        /// </summary>
        /// <param name="item"></param>
        void Add(T item);
        
        /// <summary>
        /// 往LIst插入元素
        /// </summary>
        /// <param name="item">要插入的元素</param>
        /// <param name="index">要插入的位置</param>
        void Insert(T item, int index);
        
        /// <summary>
        /// 删除元素
        /// </summary>
        /// <param name="index">要删除的元素位置</param>
        /// <returns>要删除的元素</returns>
        T Delete(int index);
        
        /// <summary>
        /// 索引器，通过下标访问具体元素
        /// </summary>
        /// <param name="index"></param>
        T this[int index] { get; }
        
        /// <summary>
        /// 通过下标获取元素
        /// </summary>
        /// <param name="index"></param>
        /// <returns></returns>
        T GetEle(int index);
        
        /// <summary>
        /// 通过元素值返回下标
        /// </summary>
        /// <param name="value"></param>
        /// <returns></returns>
        int Locate(T value);
    }
}

2、List底层实现：

看源码的可以知道，list底层是用泛型数组来存储数据已经进行一系列操作的。

具体实现List中的方法

using System;

namespace 数据结构与算法
{
    /// <summary>
    /// 顺序表实现方式
    /// </summary>
    public class SeqList<T> : IListDS<T> //继承ListDS接口，实现其中的方法
    {
        private T[] data; //用来存储数据

        private int count; //表示存了多少个数据

        public SeqList(int size) //size就是最大容量
        {
            data = new T[size];
            count = 0;
        }

        public SeqList() : this(10) //默认构造函数,默认容器的容量为10
        {
        }

        /// <summary>
        /// 往顺序表添加元素
        /// </summary>
        /// <param name="item"></param>
        public void Add(T item)
        {
            if (count == data.Length) //当前数组已经存满了
            {
                Console.WriteLine("当前顺序表已经存满，不允许再存数入");
            }
            else
            {
                data[count] = item;
                count++;
            }
        }

        /// <summary>
        /// 取得数据的个数
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public int GetLength()
        {
            return count;
        }

        /// <summary>
        /// 清除所有元素
        /// </summary>
        public void Clear()
        {
            count = 0;
        }

        /// <summary>
        /// 判断List是否为空
        /// </summary>
        public bool IsEmpty()
        {
            return count == 0;
        }

        /// <summary>
        /// 往顺序表插入元素
        /// </summary>
        /// <param name="item">插入的元素</param>
        /// <param name="index">插入的位置</param>
        public void Insert(T item, int index)
        {
            //从后往前遍历到index的位置，把index往后的元素都向后移动一位
            for (int i = count - 1; i >= index; i--)
            {
                data[i + 1] = data[i];
            }

            data[index] = item; //index位置上的元素改为要插入的元素
            count++; //总元素数自增
        }

        /// <summary>
        /// 按索引从顺序表删除元素
        /// </summary>
        /// <param name="index">索引值</param>
        public T Delete(int index)
        {
            T temp = data[index];
            //把被删除元素往后的元素都往前移动一位
            for (int i = index + 1; i < count; i++)
            {
                data[i - 1] = data[i];
            }

            count--;
            return temp;
        }

        public T this[int index] => GetEle(index);


        /// <summary>
        /// 按照索引获取元素
        /// </summary>
        /// <param name="index"> 索引值 </param>
        /// <returns></returns>
        public T GetEle(int index)
        {
            if (index >= 0 && index <= count - 1) //索引存在
            {
                return data[index];
            }
            else
            {
                Console.WriteLine("索引不存在");
                return default(T);
            }
        }

        /// <summary>
        /// 根据元素值获取元素索引
        /// </summary>
        /// <param name="value">元素值</param>
        public int Locate(T value)
        {
            for (int i = 0; i < count; i++)
            {
                if (data[i].Equals(value))
                {
                    return i;
                }
            }

            return -1;//如果返回-1，表示元素不存在
        } }
}

自己写完这个实现也能发现List的特点：在末尾添加删除操作效率高，在中间插入删除元素效率较低，因为需要整体移动被修改元素之后的所有元素。

3、LinkList实现

先定义一个Node节点类：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;

namespace 数据结构与算法
{
    /// <summary>
    /// 单链表的节点
    /// </summary>
    /// <typeparam name="T"></typeparam>
    class Node<T>
    {
        private T data;//存储数据
        private Node<T> next;//指针，用来指向下一个元素

        public Node()
        {
            data = default(T);//default:返回元素的默认值
            next = null;
        }

        public Node(T value)
        {
            data = value;
            next = null;
        }

        public Node(T value, Node<T> next)
        {
            this.data = value;
            this.next = next;
        }

        public Node(Node<T> next)
        {
            this.next = next;
        }

        public T Data
        {
            get { return data; }
            set { data = value; }
        }

        public Node<T> Next
        {
            get { return next; }
            set { next = value; }
        }

    }
}

具体代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;

namespace 数据结构与算法
{
    class LinkList<T> : IListDS<T>
    {
        private Node<T> head;//存储一个头节点
        public LinkList()
        {
            head = null;
        }

        /// <summary>
        /// 索引器
        /// </summary>
        public T this[int index]
        {
            get
            {
                Node<T> temp = head;
                for (int i = 1; i <= index; i++)
                {
                    temp = temp.Next;
                }

                return temp.Data;
            }
        }

        /// <summary>
        /// 往单链表中添加元素
        /// </summary>
        /// <param name="item"></param>
        public void Add(T item)
        {
            Node<T> newNode = new Node<T>(item);//根据新的数据创建一个新的节点
            //如果头节点为空，那么这个新的节点的节点就是头节点
            if (head == null)
            {
                head = newNode;
            }
            else //如果有头节点
            {
                /*要访问到链表的尾节点*/
                Node<T> temp = head;//设置临时变量，并把头节点赋值给它
                while (true)//死循环
                {
                    if (temp.Next != null)//如果下一个节点不为空
                    {
                        temp = temp.Next;//把下一个节点赋值给temp
                    }
                    else //直到没有下一个节点了
                    {
                        break;
                    }
                }
                temp.Next = newNode;//把新的节点放到链表的尾部
            }

        }

        /// <summary>
        /// 清空链表
        /// </summary>
        public void Clear()
        {
            head = null;
        }

        /// <summary>
        /// 按索引从顺序表删除元素
        /// </summary>
        /// <param name="index">索引值</param>
        public T Delete(int index)
        {
            T data = default(T);//临时变量，要删除的元素值
            if (index == 0)//如果要删除的是头节点
            {
                data = head.Data;
                head = head.Next;
            }
            else
            {
                Node<T> temp = head;
                for (int i = 1; i <= index - 1; i++)
                {
                    //让temp向后移动index - 1个位置（移动到要删除的位置的前一个位置）
                    temp = temp.Next;
                }
                Node<T> preNode = temp;//要删除的位置的前一个节点就为temp
                Node<T> curNode = temp.Next;//要删除的节点
                data = curNode.Data;//要删除的节点的数据
                Node<T> nextNode = temp.Next.Next;//要删除的节点的后一个节点
                preNode.Next = nextNode;//把要删除的节点的【前一个节点】指向要删除的节点的【后一个节点】
            }

            return data;
        }

        public T GetEle(int index)
        {
            return this[index];
        }

        /// <summary>
        /// 获取链表长度
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public int GetLength()
        {
            if (head == null)//如果头节点为空
            {
                return 0;//没有元素返回0
            }
            Node<T> temp = head;//设一个临时变量为头节点
            int count = 1;//元素数量至少为1
            while (true)
            {
                if (temp.Next != null)//如果头节点的下一个节点不为空
                {
                    count++;//元素数量自增
                    temp = temp.Next;//重新赋值临时变量
                }
                else
                {
                    break;//直到没有下一个节点为止，跳出循环
                }
            }

            return count;//最后返回元素数量
        }

        /// <summary>
        /// 往单链表中插入元素
        /// </summary>
        /// <param name="item"></param>
        /// <param name="index"></param>
        public void Insert(T item, int index)
        {
            Node<T> newNode = new Node<T>(item);
            if (index == 0)//插入到头节点
            {
                newNode.Next = head;//新节点的下一个节点为之前的头节点
                head = newNode;//头节点设为新节点
            }
            else
            {
                Node<T> temp = head;
                for (int i = 1; i <= index - 1; i++)
                {
                    //让temp向后移动index - 1个位置（移动到要插入的位置的前一个位置）
                    temp = temp.Next;
                }
                Node<T> preNode = temp;//要插入的位置的前一个节点就为temp
                Node<T> curNode = temp.Next;//要插入的位置的节点就是上个节点的Next
                preNode.Next = newNode;//把要插入的位置的前一个节点指向新节点
                newNode.Next = curNode;//把新节点指向要插入的位置的节点
            }
        }

        /// <summary>
        /// 链表是否为空
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        public bool IsEmpty()
        {
            return head == null;
        }

        /// <summary>
        /// 根据元素值获取元素索引
        /// </summary>
        /// <param name="value">元素值</param>
        public int Locate(T value)
        {
            Node<T> temp = head;
            if (temp == null)//如果没有头节点
            {
                return -1;//返回-1，表示链表内没有元素
            }
            else
            {
                int index = 0;
                while (true)
                {
                    if (temp.Data.Equals(value))//如果节点的值等于value
                    {
                        return index;//返回下标
                    }
                    else//如果节点的值不等于value
                    {
                        if (temp.Next != null)//下一个节点也不为空
                        {
                            temp = temp.Next;//向下遍历
                        }
                        else
                        {
                            break;//直到没有下一个节点为止
                        }
                    }
                }

                return -1;
            }
        }
    }
}

用单链表来实现还是有点复杂的。。。

具体的测试代码就不放了，都测试过没有问题了。

PS：以上代码只是简单实现，并没有考虑代码的健壮性，一些参数检查的工作没有做。