C++编程：动态内存与链表操作详解

"清华C++语言程序设计课程的第09章主要讲解了链表这一数据结构，包括自引用结构、内存动态分配和释放、单向链表和双向链表的定义与操作。课程旨在帮助学习者理解如何灵活地使用链表来解决编程中的问题，避免静态数组的局限性，并掌握动态内存管理技术。" 链表是一种非常重要的数据结构，它允许数据元素在内存中不连续存放。与传统的数组不同，链表不需要预先定义固定的大小，而是根据需要动态地分配和释放内存，这使得链表在处理不确定大小的数据集合时具有很大的灵活性。 首先，自引用结构是链表的基础，即链表中的每个节点（结构体）都包含一个指向下一个节点的指针。这种设计使得节点可以互相链接，形成一个线性的序列。在C++中，可以通过定义结构体来实现链表节点，例如： ```cpp struct node { int data; node* next; }; ``` 这里的`next`成员就是一个指针，用于链接下一个`node`结构。 内存的动态分配和释放是链表操作的核心。在C++中，可以使用`malloc`函数或者`new`运算符来动态分配内存创建新的节点，例如： ```cpp node* newNode = (node*)malloc(sizeof(node)); // 或者 node* newNode = new node; ``` 而在不再需要节点时，需要使用`free`或`delete`来释放内存，防止内存泄漏。 单向链表只包含一个指向下一个节点的指针，如图所示，链表的末尾由一个指向空(NULL)的指针标记。建立单向链表通常从一个空链表开始，然后不断添加新的节点至链尾。以下是一个简单的示例，演示如何创建一个包含n个整数的单向链表： ```cpp node* createList(int n) { node* temp, *tail = NULL, *head = NULL; int num; //... 读取n个整数并创建新节点，将新节点添加到链尾 return head; } ``` 在单向链表的基础上，双向链表增加了反向指针，使得每个节点不仅知道下一个节点，还知道前一个节点，从而支持双向遍历。双向链表的定义和操作相对复杂，但提供了更多的灵活性，例如，从中间位置插入和删除节点更为便捷。 理解和掌握链表的概念及其操作对于深入学习C++以及计算机科学至关重要，因为它涉及到数据结构、内存管理和算法设计等多个方面，这些技能在实际的软件开发中经常被用到。通过本章节的学习，学生能够运用链表解决实际问题，提高编程能力。