关于单链表的困惑

Question

所以我最近在学习链表。 这些功能有点简单，但是当我检查输出时，它总是很乱。

在测试文件中，从测试1到测试3，我改变了std :: cout线的位置，而在测试1中，输出没有显示。 我不知道简单的cout行或行的顺序如何影响链表的输出方式。 这非常令人困惑（详细信息在每个测试的输出中提供）

我的函数，特别是InsertHead，SearchList，InsertAfter，PreviousNode有时在特定输出中是正确的。

对于我的InsertBefore函数，我使用一个名为PreviousNode的函数来获取指向当前节点的前一个节点的指针，并使用InsertAfter在该前一个节点之后插入一个节点。 但是，结果是无限的。 （我不允许使用双向链表）

文件node.h

#include <iostream>
using namespace std;

template <typename T>
struct Node{
    T _item;
    Node<T>* _next;

    Node() {
        _item = T();
        _next = NULL;
    }

    Node(T item){
        _item = item;
        _next = NULL;
    }

    // Print the value of a node
    friend std::ostream& operator <<(std::ostream& outs, const Node<T> &printMe){
        outs << "[" << printMe._item << "]";
    }
};

// Print the entire linked list
template <typename T>
void PrintList(Node<T>* head){
    Node<T>* walker = head;

    while(walker != NULL){
        cout << *walker;
        cout << "->";
        walker = walker->_next;
    }

    cout << "|||";
}

// Insert an item to the head
template <typename T>
Node<T>* InsertHead(Node<T>* &head, const T& item){
    Node<T>* temp = new Node<T>(item);
    temp->_next = head;
    head = temp;
    return head;
}

// Search an element in list, return the pointer to that node
template <typename T>
Node<T>* SearchList(Node<T>* head, const T& item){

    Node<T>* temp = head;

    // Iterate temp to find the match item
    while (temp->_item != item && temp->_next != NULL)
        temp = temp->_next;

    if (temp->_item == item) // If found, return temp
        return temp;
    else
        return NULL;
}

// find previous node
template <typename T>
Node<T>* PreviousNode(Node<T>* head, Node<T>* prevToThis) {
    if (prevToThis == head)
        return NULL;
    else {
        Node<T> *prev = head;

        // Iterate it until it reaches the one before prevToThis
        while(prev->_next != NULL && prev->_next != prevToThis)
            prev = prev->_next;
        return prev;
    }
}    

template <typename T>
Node<T>* InsertAfter(Node<T>* afterThis, const T& insertThis){
    // Create a temp node
    Node<T>* temp;
    temp->_item = insertThis;

    if (afterThis->_next == NULL){
        temp->_next = NULL;
        afterThis->_next = temp;
    }
    else {
        // Point temp to next node
        temp->_next = afterThis->_next;

        // Point mark node to temp
        afterThis->_next = temp;
    }

    return temp;
}


// Insert an item before a node
template <typename T>
Node<T>* InsertBefore(Node<T>*& head, Node<T>* beforeThis, T insertThis){
    Node<T> *prev = PreviousNode(head, beforeThis);

    Node<T>* temp;

    // If current node is head node
    if (beforeThis == head){
        temp->_item = insertThis;
        temp->_next = head;
        head = temp;
    }

    // Other nodes
    else {
        temp = InsertAfter(prev, insertThis);
    }

    return temp;
}

---

文件main.cpp，测试1，运行InsertAfter函数：

int main(){
    Node<int>* head = NULL;
    for (int i = 0; i < 10; i++)
        InsertHead(head, i * 10);
    PrintList(head);
    cout << endl;

    Node<int> *pos_50 = SearchList(head, 50);
    cout << "Insert 500 after 50: ";
    cout << endl;
    InsertAfter(pos_50, 500);
    PrintList(head);

    Node<int> *pos_0 = SearchList(head, 0);
    cout << "Insert 600 after 0: ";
    cout << endl;
    InsertAfter(pos_0, 600);
    PrintList(head);
}

输出，测试1，其余代码不输出

[90]->[80]->[70]->[60]->[50]->[40]->[30]->[20]->[10]->[0]->|||
Insert 500 after 50: 

---

文件main.cpp，测试2：像测试1一样运行InsertAfter函数，但更改std :: cout行的位置：

int main(){
    Node<int>* head = NULL;
    for (int i = 0; i < 10; i++)
        InsertHead(head, i * 10);
    PrintList(head);

    cout << endl;
    cout << "Insert 500 after 50: ";
    cout << endl;
    Node<int> *pos_50 = SearchList(head, 50);

    InsertAfter(pos_50, 500);
    PrintList(head);

    cout << endl;
    cout << "Insert 600 after 0: ";
    cout << endl;
    Node<int> *pos_0 = SearchList(head, 0);
    InsertAfter(pos_0, 600);
    PrintList(head);
}

输出测试2：更改std :: cout行的位置后，显示输出的其余部分

[90]->[80]->[70]->[60]->[50]->[40]->[30]->[20]->[10]->[0]->|||
Insert 500 after 50: 
[90]->[80]->[70]->[60]->[50]->[500]->[40]->[30]->[20]->[10]->[0]->|||
Insert 600 after 0: 
[90]->[80]->[70]->[60]->[50]->[500]->[40]->[30]->[20]->[10]->[0]->[600]->|||

---

---

文件main.cpp测试3，像测试1一样运行InsertAfter，但只运行一次：

int main() {
    Node<int>* head = NULL;
    for (int i = 0; i < 10; i++)
        InsertHead(head, i * 10);
    PrintList(head);
    cout << endl;

    Node<int> *pos_50 = SearchList(head, 50);
    cout << "Insert 500 after 50: ";
    cout << endl;
    InsertAfter(pos_50, 500);
    PrintList(head);
}

输出测试3，输出显示：

[90]->[80]->[70]->[60]->[50]->[40]->[30]->[20]->[10]->[0]->|||
Insert 500 after 50: 
[90]->[80]->[70]->[60]->[50]->[500]->[40]->[30]->[20]->[10]->[0]->|||

---

文件main.cpp测试4，运行测试4，将InsertAfter放入测试3 ，然后检查PreviousNode

int main() {
    Node<int>* head = NULL;
    for (int i = 0; i < 10; i++)
        InsertHead(head, i * 10);
    PrintList(head);
    cout << endl;

    cout << "Insert 500 after 50: ";
    cout << endl;
    Node<int> *pos_50 = SearchList(head, 50);
    InsertAfter(pos_50, 500);
    PrintList(head);


    cout << "Previous node before 50: " << *PreviousNode(head, pos_50);
}

输出：前一个节点为0，这是不正确的

[90]->[80]->[70]->[60]->[50]->[40]->[30]->[20]->[10]->[0]->|||
Insert 500 after 50: 
[90]->[80]->[70]->[60]->[50]->[500]->[40]->[30]->[20]->[10]->[0]->|||
Previous node before 50: [0]

---

---

文件main.cpp测试5，运行InsertAfter和PreviousNode类似于测试4 ，但我先运行PreviousNode。

int main(){
    Node<int>* head = NULL;
    for (int i = 0; i < 10; i++)
        InsertHead(head, i * 10);
    PrintList(head);
    cout << endl;


    Node<int> *pos_50 = SearchList(head, 50);
    cout << "Previous node before 50: " << *PreviousNode(head, pos_50);
    cout << endl;
    cout << "Insert 500 after 50: ";
    cout << endl;
    InsertAfter(pos_50, 500);
    PrintList(head);
}

输出测试5，类似于测试4，但输出正确：

[90]->[80]->[70]->[60]->[50]->[40]->[30]->[20]->[10]->[0]->|||
Previous node before 50: [60]
Insert 500 after 50: 
[90]->[80]->[70]->[60]->[50]->[500]->[40]->[30]->[20]->[10]->[0]->|||

---

Main.cpp测试6，只运行InsertBefore

int main(){
    Node<int>* head = NULL;
    for (int i = 0; i < 10; i++)
        InsertHead(head, i * 10);
    PrintList(head);
    cout << endl;


    Node<int> *pos_50 = SearchList(head, 50);
    cout << "Insert 700 before 50: " << endl;
    InsertBefore(head, pos_50, 700);
    PrintList(head);

}

输出测试6：结果无限出现

[700]->[700]->[700]->[700]->[700]->

---

我真诚地希望你能看一下并向我解释为什么测试1没有显示输出的其余部分，为什么4中的PreviousNode因为cout行的微小变化，以及为什么InsertBefore有一个循环，即使我只使用了以前的功能。 非常感谢！

Answer 1

您必须在operator<<返回outs流。 目前你没有回报。 它应该是：

friend std::ostream& operator <<(std::ostream& outs, const Node<T> &printMe){
    outs << "[" << printMe._item << "]";
    return outs; // added missing return
}

此外， InsertAfter有一个悬空指针。 只需看gcc发出警告（在GCC和Clang上使用-Wall运行所有编译，在Visual Studio上使用/ w4运行）：

prog.cc: In function 'Node<T>* InsertAfter(Node<T>*, const T&) [with T = int]':
prog.cc:83:5: warning: 'temp' is used uninitialized in this function [-Wuninitialized]
   83 |     temp->_item = insertThis;
      |     ^~~~

违规代码是：

template <typename T>
Node<T>* InsertAfter(Node<T>* afterThis, const T& insertThis){
    // Create a temp node
    Node<T>* temp;
    temp->_item = insertThis;

temp变量是指针，而不是节点。 最初它没有指明任何具体内容，访问它是未定义的行为。 您必须创建一个新节点：

template <typename T>
Node<T>* InsertAfter(Node<T>* afterThis, const T& insertThis){
    // Create a temp node
    auto temp = new Node<T>;
    temp->_item = insertThis;

使用InsertBefore它会更复杂，因为有时需要一个新对象，有时它不是：

template <typename T>
Node<T>* InsertBefore(Node<T>*& head, Node<T>* beforeThis, T insertThis){
    Node<T> *prev = PreviousNode(head, beforeThis);

    Node<T>* temp;

所以最安全的是重新组织代码：

if (beforeThis != head){
    return InsertAfter(prev, insertThis);
}
auto temp = new Node<T>;

temp->_item = insertThis;
temp->_next = head;
head = temp;

---

一般说明 ：最好使用std::unique_ptr和std::make_unique而不是原始指针和new 。 如果可能的话，完全避免new 。 如果正确使用std::unique_ptr ，则悬空指针和内存泄漏的可能性会大大降低。

另外，我强烈建议使用C ++最佳实践。 例如，隐藏类的用户的实现细节，使用nullptr而不是NULL ，当nullptr不可能时返回引用，并且不需要对指针进行操作，使用return而不是在可能的情况下通过引用参数进行修改，等等上。

编辑

在开发代码时添加了咨询警告的建议。