Python 链表(Link)实现

链表的意义

链表(link) 是一种长度几乎不受限制的数据结构。不同于列表，链表各个节点的内存位置不是连续的。
比如：
你的电脑内存被病毒占满了(真是一种神奇的病毒)，只有3号内存、5号内存、6号内存、21号内存、92号内存为空。而你制作的杀毒软件必须占用4个内存空间(也是一种神奇的杀毒软件)，如果你不知道链表，而把所有程序装在一个列表中，那么因为列表两个值的内存是连续的，所以，杀毒软件的安装无法成功(列表最长只能占2个内存，安装在5号内存和6号内存中)。这时，链表来了：

链表： 我可以成功安装杀毒软件。
你：怎么办？
链表：在我这里，各个节点的内存位置不是连续的。
你：你是怎么做到的？
链表：首先，我每一个节点都由两部分构成：数据域和指针域。前一个指针域指向下一个值。
你：哦，让我思考思考。

终于， 在链表的帮助下，你的电脑恢复了正常。

基本操作

我相信，你一定很想知道你是怎么实现的链表，修复你的电脑——你对刚才发生的事情一无所知(画外音：那当然，刚才的事是你编的。)。因为，在python中，并不存在指针类型。

初始化

我们知道，链表的各个节点的内存位置不是连续的，每个节点由数据域和指针域构成，所以，在__init__函数中，我们定义两部分

class Link:                                      # 创建一个link类
    def __init__(self, data=None, p=None):
        self.data = data                         # 添加数据域
        self.p = p                               # 添加指针域

str函数打印链表

你说：那我依然不认为这个链表各个节点的内存位置不是连续的。别急，慢慢来。
在这之后，我需要用__str__函数打印出整个链表，那么，我直接让一个节点的指针域等于下一个节点，再通过一点点递归算法，打印出链表。

    def __str__(self):                           # 返回整个链表
        return '{} -> {}'.format(self.data, self.p)

在链表尾部添加一个值(尾插法)

重头戏来了，许多人问：“作者，什么叫：‘我直接让一个节点的指针域等于下一个节点’啊？我觉得指针域就是None呀。”
作者：格局小了。
我们先来看，如何在链表尾部添加一个值。按照我“直接让一个节点的指针域等于下一个节点”的思路，添加值时，我们只要把最尾部的节点的指针域改为需要连接的链表。

至于如何找到最尾部的节点，我们用一个小小的递归……

    def __add__(self, other):
        tail = self.p
        if not tail:           # 链表节点的指针域为空
            self.p = other     # 把最尾部的节点的指针域改为用于连接的链表
        else:
            tail.__add__(other)                  # 递归

在链表任意部位添加一个值

在链表的操作中，我们当然不能只在尾部插入一个值，不然就快成栈了。那么，insert函数出现了。
首先，通过for循环找到插入链表位置的节点，然后，把用于插入节点的指针域设为插入链表位置节点的指针域，再把插入链表位置节点的指针域设为用于的插入节点

    def insert(self, other, index):
        try:                               # 尝试索引，报错时抛出索引错误
            value = self
            for cnt in range(index):
                value = value.p
            other.p = value.p
            value.p = other
        except AttributeError:
            raise IndexError('link index out of range')

查找链表中的值

此时，许多人的电脑都感染上的病毒。只可惜，你把杀毒软件的源文件删了，你必须从电脑中找到杀毒软件的第二个值，那是安装程序，那么，怎么办？
你：凉拌。
……

首先，这个好办。我们知道，链表节点由数据域和指针域构成。那么，先通过一个for循环，找到第二个节点

    def serch(self, index):
        value = self
        for cnt in range(index):
            value = value.p           #找到下一个节点

然后返回该节点的数据域

        return value.data

有一种可能：如果索引超出链表长度。这时，因为最后一个节点的指针域不在存在指针域，会抛出AttributeError错误。所以，套上一个try语句并抛出IndexError错误。··

    def serch(self, index):
        try:
            value = self
            for cnt in range(index):
                value = value.p
            return value.data
        except AttributeError:
            raise IndexError('link index out of range')

终于，其他人的电脑也恢复了正常。

返回链表长度

病毒又出现了。这次，如果不管它，病毒会在48小时内消失，如果使用了杀毒软件，病毒会在5分钟内消失。但如果内存被占满了，电脑就崩了。
然后，Tom的电脑也中了病毒，只有三个内存为空，此时，假如安装软件照常安装杀毒软件，他的电脑必死无疑。当然，病毒不会全占满电脑内存。
此时，你察觉到，必须对剩余内存和链表长度进行比较。

我们需要检查链表长度，用__len__函数即可。先得到该链表的__str__值，再用split()函数分开每一项，通过len()返回长度(因为包括了尾节点的指针域——None，需要返回长度减1)。

    def __len__(self):
        return len(str(self).split(' -> ')) - 1

删除某一项

可恶至极，病毒又来了。这次，它会抓住杀毒软件第三个值的漏洞，删除杀毒软件。你必须删掉链表第三项。
你：我不干啦！！！！！！！！！！！

非常简单，删除某个节点时，我们只要把它前一个节点的指针域指向被删除节点的指针域。

    def remove(self, index):
        try:
            value = self
            for cnt in range(index - 1):
                value = value.p
            value.p = value.p.p
        except AttributeError:
            raise IndexError('link index out of range')

尾声

终于，你制作了一个看似完美的杀毒软件
店小二：完了，病毒把所有内存都占满了！！！！

全部代码

下载代码源文件

class Link:                                           # 创建一个link类
    def __init__(self, data=None, p=None):
        self.data = data                              # 添加数据域
        self.p = p                                    # 添加指针域

    def __str__(self):                                # 返回整个链表
        return '{} -> {}'.format(self.data, self.p)

    def __len__(self):
        return len(str(self).split(' -> ')) - 1

    def __add__(self, other):
        tail = self.p
        if not tail                              # 链表节点的指针域为空
            self.p = other     # 把最尾部的节点的指针域改为用于连接的链表
        else:
            tail.__add__(other)                  # 递归

    def insert(self, other, index):
        try:
            value = self
            for cnt in range(index):
                value = value.p
            other.p = value.p
            value.p = other
        except AttributeError:
            raise IndexError('link index out of range')

    def serch(self, index):
        try:
            value = self
            for cnt in range(index):
                value = value.p
            return value.data
        except AttributeError:
            raise IndexError('link index out of range')


    def remove(self, index):
        try:
            value = self
            for cnt in range(index - 1):
                value = value.p
            value.p = value.p.p
        except AttributeError:
            raise IndexError('link index out of range')

声明

本文为原创，连载须注明出处。
(本故事情节虚构，如有雷同，纯属巧合)