使用C++实现简单的数据结构：链表与二叉树

# 1. 引言

## 1.1 介绍数据结构的重要性

数据结构是计算机科学中的重要内容，它是研究数据组织、存储和管理的一门学科。在实际的软件开发过程中，有效地选择和使用合适的数据结构至关重要。不同的数据结构适用于不同的应用场景，能够提高算法的效率、节省存储空间，并简化程序的设计和实现。

## 1.2 简要介绍链表和二叉树

链表和二叉树是常见的数据结构，它们在实际的软件开发中经常被使用到。链表是一种线性数据结构，由一系列的节点组成，每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。链表可以方便地插入和删除节点，但查找节点的效率相对较低。而二叉树是一种树形结构，每个节点最多有两个子节点，左子节点和右子节点。二叉树可以高效地进行查找、插入和删除操作，特别适合用于排序和搜索问题。

接下来，我们将深入介绍链表和二叉树的实现方法和应用案例。
### 2. 链表的实现

链表是一种常见的线性数据结构，它由一系列节点组成，每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。链表相比于数组，具有插入和删除操作更为灵活的特点，但查找操作的效率较低。

#### 2.1 链表的基本概念

链表由节点组成，每个节点包含两部分数据：存储的元素值和指向下一节点的指针。链表的第一个节点称为头节点，最后一个节点称为尾节点，尾节点的指针指向空值（NULL）。

#### 2.2 使用C语言定义链表结构体

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// 链表节点结构体
typedef struct Node {
    int data;
    struct Node* next;
} Node;

// 创建一个新节点
Node* createNode(int data) {
    Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
    newNode->data = data;
    newNode->next = NULL;
    return newNode;
}

// 定义链表结构体
typedef struct LinkedList {
    Node* head;
    int size;
} LinkedList;

// 初始化链表
void initLinkedList(LinkedList* list) {
    list->head = NULL;
    list->size = 0;
}

// 其他链表操作函数（插入、删除、遍历等）省略

#### 2.3 实现链表的插入和删除操作

// 在链表末尾插入节点
void insertNodeAtEnd(LinkedList* list, int data) {
    Node* newNode = createNode(data);
    if (list->head == NULL) {
        list->head = newNode;
    } else {
        Node* current = list->head;
        while (current->next != NULL) {
            current = current->next;
        }
        current->next = newNode;
    }
    list->size++;
}

// 从链表中删除指定数值的节点
void deleteNodeWithValue(LinkedList* list, int data) {
    Node* current = list->head;
    Node* prev = NULL;
    while (current != NULL && current->data != data) {
        prev = current;
        current = current->next;
    }
    if (current != NULL) {
        if (prev != NULL) {
            prev->next = current->next;
        } else {
            list->head = current->next;
        }
        free(current);
        list->size--;
    }
}

#### 2.4 链表的遍历和查找

// 遍历链表并打印节点元素
void printLinkedList(LinkedList* list) {
    Node* current = list->head;
    while (current != NULL) {
        printf("%d -> ", current->data);
        current = current->next;
    }
    printf("NULL\n");
}

// 在链表中查找指定数值的节点
Node* searchNodeWithValue(LinkedList* list, int data) {
    Node* current = list->head;
    while (current != NULL && current->data != data) {
        current = current->next;
    }
    return current;
}

本节介绍了链表的基本概念，并使用C语言定义了链表结构体，以及实现了链表的插入、删除、遍历和查找操作。接下来将通过应用案例展示链表的实际应用。
### 3. 链表的应用案例

链表作为一种基本的数据结构，在实际的软件开发中有着丰富的应用场景，下面我们将介绍两个链表的应用案例。

#### 3.1 实现一个简单的图书管理系统

假设我们需要实现一个简单的图书管理系统，其中需要对图书信息进行增删改查操作。我们可以使用链表来存储图书信息，每个节点表示一本图书，包含图书的名称、作者、ISBN号等信息。我们定义一个图书类 Book，然后创建一个链表来存储图书信息。

class Book {
    String title;
    String author;
    String ISBN;
    Book next;

    public Book(String title, String author, String ISBN) {
        this.title = title;
        this.author = author;
        this.ISBN = ISBN;
        this.next = null;
    }
}

class BookList {
    Book head;

    public BookList() {
        this.head = null;
    }

    // 插入操作
    public void insert(Book newBook) {
        if (head == null) {
            head = newBook;
        } else {
            newBook.next = head;
            head = newBook;
        }
    }

    // 删除操作
    public void delete(String ISBN) {
        Book current = head;
        Book previous = null;

        while (current != null && !current.ISBN.equals(ISBN)) {
            previous = current;
            current = current.next;
        }