用Rust实现简单的单链表

发布时间：2025-11-05 02:40:09 来源：创站工坊 作者：人工智能

作为初学者，现简在掌握了Rust的单的单链基本语法和所有权机制，尝试写一下常见数据结构和算法，现简目标是单的单链为了更好的理解Rust的所有权机制。 受限于个人目前对Rust仍处于入门阶段，现简因此本文代码实现不一定是单的单链最合适的，甚至可能存在问题。现简

今天的单的单链目标是用rust实现一个简单的单链表LinkedList，同时为此链表提供从头部插入元素(头插法)、现简翻转链表、单的单链打印链表的现简功能。

实现链表，首先是现简实现链表的节点，根据其他编程语言的单的高防服务器单链经验，于是现简用rust首先写出了下面的链表节点结构体定义:

代码片段1:

struct Node {

data: T,

next: Option>, // recursive type `Node` has infinite size

在代码片段1中，定义一个Node结构体，data字段使用了泛型类型T用于链表节点的数据。 next使用了Option枚举，即如果该节点没有下一个节点时，next是可空的，在rust中没有其他编程语言中的空值(null, nil)，而是提供了Option的解决方案，如果该链表节点的下个节点为空，则其next取值为Option::None。

遗憾的是代码片段1是无法编译通过的，报了recursive type ``Node`` has infinite size的编译错误。回顾Rust内存管理的基础知识，Rust需要在编译时知道一个类型占用多少空间，Node结构体内部嵌套了它自己，这样在编译时就无法确认其占用空间大小了。 在Rust中当有一个在编译时未知大小的WordPress模板类型，而又想要在需要确切大小的上下文中使用这个类型值的时候，可以使用智能指针Box。将next字段的类型修改为Option>>，这样嵌套的类型为Box，嵌套的Node将会被分配到堆上，next字段在栈上存储的只是智能指针Box的数据(ptr, meta)，这样在编译时就能确定Node类型的大小了。将代码片段1的修改如下:

代码片段2:

struct Node {

data: T,

next: Option>>,

修改完成后，可以编译通过了。根据next: Option>>，每个链表节点Node将拥有它下一个节点Node的所有权。

定义完链表之后，下一步再定义一个结构体LinkedList用来表示链表，将会封装一些链表的基本操作。 结构体中只需方一个链表头节点的字段head，类型为Option>>。

代码片段3:

/// 单链表节点

#[derive(Debug)]

struct Node {

data: T,

next: Option>>,

}

/// 单链表

#[derive(Debug)]

struct LinkedList {

head: Option>>,

为了便于使用，再给Node和LinkedList这两个结构体各添加一下关联函数new。香港云服务器

代码片段4:

implNode{

fn new(data: T) -> Self {

Self { data: data, next: None }

}

}

implLinkedList{

fn new() -> Self {

Self { head: None }

}

Node的new函数用来使用给定的data数据创建一个孤零零的(没有下一个节点的)节点。

LinkedList的new函数用来创建一个空链表。

前面已经完成了链表和链表节点的定义，下面我们为链表实现了prepend方法，这个方法将采用头插法的方式向链表中添加节点。

代码片段5:

implLinkedList{

fn new() -> Self {

Self { head: None }

}

/// 在链表头部插入节点(头插法push front)

fn prepend(&mut self, data: T) -> &mut Self {

// 从传入数据构建要插入的节点

let mut new_node = Box::new(Node::new(data));

match self.head {

// 当前链表为空时, 插入的节点直接作为头节点

None => self.head = Some(new_node),

// 当前链表非空时, 插入的节点作为新的头节点插入到原来的头结点前面

Some(_) => {

// 调用Option的take方法取出Option中的头结点(take的内部实现是mem::replace可避免内存拷贝), 作为新插入节点的下一个节点

new_node.next = self.head.take();

// 将新插入的节点作为链表的头节点

self.head = Some(new_node);

}

}

self

}

}

fn main() {

let mut ll = LinkedList::new();

ll.prepend(5).prepend(4).prepend(3).prepend(2).prepend(1);

print!("{ll:?}"); // LinkedList { head: Some(Node { data: 1, next: Some(Node { data: 2, next: Some(Node { data: 3, next: Some(Node { data: 4, next: Some(Node { data: 5, next: None }) }) }) }) }) }

前面我们实现了链表头部插入节点的prepend方法，并在main函数中构建了一个链表，以Debug的形式打印出了链表的信息。

为了使打印信息更好看，我们决定为LinkedList实现Display trait，使链表打印的格式类似为1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> None。

代码片段6:

use std::fmt::Display;

......

implDisplay for LinkedList{

fn fmt(&self, f: &mut std::fmt::Formatter<_>) -> std::fmt::Result {

if self.head.is_none() {

// 如果链表为空, 只打印None

write!(f, "Nonen")?;

} else {

// 下面将遍历链表, 因为只是打印, 能获取链表各个节点的数据就行, 所以不需要获取所有权

let mut next = self.head.as_ref();

while let Some(node) = next {

write!(f, "{} -> ", node.data)?;

next = node.next.as_ref();

}

write!(f, "None\n")?;

}

Ok(())

}

}

fn main() {

let mut ll = LinkedList::new();

ll.prepend(5).prepend(4).prepend(3).prepend(2).prepend(1);

print!("{ll}"); // 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> None

代码片段7:

implLinkedList{

......

/// 翻转链表

fn reverse(&mut self) {

let mut prev = None; // 记录遍历链表时的前一个节点

while let Some(mut node) = self.head.take() {

self.head = node.next;

node.next = prev;

prev = Some(node);

}

self.head = prev;

}

}

fn main() {

let mut ll = LinkedList::new();

ll.prepend(5).prepend(4).prepend(3).prepend(2).prepend(1);

println!("{ll}"); // 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> None

ll.reverse(); // 5 -> 4 -> 3 -> 2 -> 1 -> None

println!("{ll}");

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