链表 (C/C++)。同时创建列表结构和节点结构的优点/缺点是什么？

Question

我在网上看到了各种实现，有些只为其链表创建一个节点结构，而另一些则同时创建一个列表结构和一个节点结构，因此我想知道什么是最佳实践。

list 和 node_struct 实现示例：

typedef struct listnode listnode_t;
struct listnode {
    listnode_t *next;
    listnode_t *prev;
    void *elem;
};

struct list {
    listnode_t *head;
    listnode_t *tail;
    int size;
};

仅节点结构实现示例：

typedef struct node node_t;
struct node { 
    int data; 
    node_t *next; 
};
node_t *head;
node_t *tail;

Answer 1

我想知道什么是最佳做法。

c++ 的惯用用法是在列表 class 内创建私有节点结构类型：

class list {
    struct listnode {
        listnode *next;
        listnode *prev;
        void *elem;
    };
    listnode *head;
    listnode *tail;
    int size;

public:
    // Some public operations here. 
    // listnode instances must be referred by clients using the auto keyword
    list::listnode* insert_after(list::listnode* prevnode, void* elem) {
        list:listnode newNode = new list:listnode();
        newNode->elem = elem;
        newNode->prev = prevnode;
        newNode->next = prevnode->next;
        newNode->next->prev = newNode;
        prevnode->next = newNode;
        return newNode;
    }
};

---

C++ 中真正的最佳实践就是使用标准库中的std::list<T>。

Answer 2

我们在这里比较苹果和橙子。您展示的第一个示例是双链接列表。第二个例子是链表的节点表示。

但是，如果我们忽略这种不协调，最好将关注点分开。一方面，您尝试确保正确表示节点。另一方面，您尝试将这些节点用作列表。

如果您没有为列表实现结构并在某个问题空间解决您的问题，那么列表应该如何工作的一般性将与该问题的特殊性混淆，因此您将无法当您需要一个列表来解决其他问题时重用您的代码，并且您将一遍又一遍地重复您的列表实现。

此外，您将无法隐藏头部，并且不丢失头部的担忧将升级到使用您的节点的代码。

这会导致代码混乱，难以维护。您的目标应该是有一个节点结构和另一个列表。

Answer 3

对此的一些意见：

1. 如果你有尾巴，你可以在 Θ(1) 的末尾插入。可能有用，具体取决于您想做什么。

2. 如果你有尾巴，你可以继续写一个迭代器，允许你使用基于范围的循环。 （迭代器需要一个方法end()）。

3. 如果列表与元素的类型不同，则您具有内置的安全性。例如，假设您编写了一个排序算法。如果你只有节点，签名就像void sort(node* list)。这允许用户插入一个节点元素，该节点元素 不是 列表的头部，而是来自中间的元素。单独的类型将保证它始终是一个完整的列表。

4. 您可以进一步使其更安全。现在，人们可以用下一个指针创建一个循环，因为一切都是空的。通常你会想要保证一个列表实际上是一个列表。为此，您将封装事物，其中一部分是为元素和列表提供单独的类型。这样做的好处是你可以说“如果你使用这个类，它总是一个正确的列表”。您不能在其他地方破坏它，这会产生一个可能难以修复的错误。

5. 在您的示例中，第一个结构也是双链表。双链表有一些明显的附加属性，比如它需要更多内存但允许反向迭代和在另一个之前插入元素。