C++_有向图_使用邻接表(链表-智能指针shared

C++_有向图_使用邻接表(链表-智能指针shared_ptr)实现

// 在C++中，实现有向图的一种常见方式是使用邻接表。
// 邻接表的核心思想是，对于图中的每个节点，使用一个"链表"来存储它的邻接节点。每个链表中的节点表示从当前节点出发的边的终点。
// 下面是一个简单的实现示例，其中包含以下组件：
// Graph: 表示整个有向图。
// Node: 表示一个节点及其连接的邻接表。
// AdjNode: 表示邻接表中的一个节点。

// 在这个代码示例中，Graph类表示一个有向图。它使用了邻接表来存储每个节点的邻接边。
// 每个节点的邻接表是一个链表，使用 std::shared_ptr 来确保动态分配的内存得到妥善管理。
// addEdge 方法用于向图中添加有向边，
// printGraph 方法用于打印整个图的结构。

// 这段代码涉及到有向图中使用邻接表实现添加边的操作。
// 我们来逐句解释代码的功能：
// auto newNode = std::make_shared<AdjNode>(destination);：
// 这行代码使用std::make_shared创建一个新的AdjNode（邻接节点）对象。AdjNode的构造函数被调用，并传入了目标节点（destination）作为参数。
// std::make_shared返回一个智能指针（std::shared_ptr），指向新创建的AdjNode对象。这种智能指针负责自动管理内存，确保对象在不再需要时正确释放。

// newNode->next = nodes[source].head;：
// 这行代码将新创建的邻接节点的next指针指向源节点的当前邻接表头部。
// 这样做的目的是将新创建的节点插入到邻接表的头部，即成为链表中的第一个节点。原有的链表头部节点成为新创建节点的下一个节点。

// nodes[source].head = newNode;：
// 这行代码将源节点的邻接表头部更新为新创建的邻接节点。
// 这样做的目的是将新创建的节点设为链表的头节点，从而确保新节点成为邻接表中的第一个节点。这一行与前一行代码共同实现了将新节点插入邻接表头部的操作。

// 综上所述，这段代码实现了向图的源节点的邻接表中添加一个新的邻接节点，并将其插入到邻接表的头部位置。这是向有向图中添加边的基本操作之一。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory>

// 表示邻接表中的一个节点
struct AdjNode {
    int dest; // 目的节点
    std::shared_ptr<AdjNode> next; // 指向下一个邻接节点的指针

    AdjNode(int d) : dest(d), next(nullptr) {}
};

// 表示图中的一个节点
struct Node {
    std::shared_ptr<AdjNode> head; // 指向邻接表头部的指针

    Node() : head(nullptr) {}
};

// 表示整个有向图
class Graph {
public:
    // 初始化图，给定节点数
    Graph(int n) : numVertices(n), nodes(n) {}

    // 添加有向边，从源节点到目标节点
    void addEdge(int source, int destination) {
        auto newNode = std::make_shared<AdjNode>(destination);
        newNode->next = nodes[source].head;
        nodes[source].head = newNode;
    }

    // 打印整个图
    void printGraph() {
        for (int i = 0; i < numVertices; ++i) {
            std::cout << "Node " << i << ":";
            auto current = nodes[i].head;
            while (current) {
                std::cout << " -> " << current->dest;
                current = current->next;
            }
            std::cout << std::endl;
        }
    }

private:
    int numVertices; // 图中节点数
    std::vector<Node> nodes; // 存储所有节点
};

int main() {
    Graph g(5); // 创建一个有5个节点的图

    // 添加一些有向边
    g.addEdge(0, 1);
    g.addEdge(0, 4);
    g.addEdge(1, 2);
    g.addEdge(1, 3);
    g.addEdge(1, 4);
    g.addEdge(3, 4);

    // 打印整个图
    g.printGraph();

    return 0;
}

// 在C++中，实现有向图的一种常见方式是使用邻接表。
// 邻接表的核心思想是，对于图中的每个节点，使用一个"链表"来存储它的邻接节点。每个链表中的节点表示从当前节点出发的边的终点。
// 下面是一个简单的实现示例，其中包含以下组件：
// Graph: 表示整个有向图。
// Node: 表示一个节点及其连接的邻接表。
// AdjNode: 表示邻接表中的一个节点。

// 在这个代码示例中，Graph类表示一个有向图。它使用了邻接表来存储每个节点的邻接边。
// 每个节点的邻接表是一个链表，使用 std::shared_ptr 来确保动态分配的内存得到妥善管理。 
// addEdge 方法用于向图中添加有向边，
// printGraph 方法用于打印整个图的结构。


// 这段代码涉及到有向图中使用邻接表实现添加边的操作。
// 我们来逐句解释代码的功能：
// auto newNode = std::make_shared<AdjNode>(destination);：
// 这行代码使用std::make_shared创建一个新的AdjNode（邻接节点）对象。AdjNode的构造函数被调用，并传入了目标节点（destination）作为参数。
// std::make_shared返回一个智能指针（std::shared_ptr），指向新创建的AdjNode对象。这种智能指针负责自动管理内存，确保对象在不再需要时正确释放。

// newNode->next = nodes[source].head;：
// 这行代码将新创建的邻接节点的next指针指向源节点的当前邻接表头部。
// 这样做的目的是将新创建的节点插入到邻接表的头部，即成为链表中的第一个节点。原有的链表头部节点成为新创建节点的下一个节点。

// nodes[source].head = newNode;：
// 这行代码将源节点的邻接表头部更新为新创建的邻接节点。
// 这样做的目的是将新创建的节点设为链表的头节点，从而确保新节点成为邻接表中的第一个节点。这一行与前一行代码共同实现了将新节点插入邻接表头部的操作。

// 综上所述，这段代码实现了向图的源节点的邻接表中添加一个新的邻接节点，并将其插入到邻接表的头部位置。这是向有向图中添加边的基本操作之一。

智能指针 shared_ptr 是 C++ 标准库提供的一种智能指针类型，用于管理动态分配的资源，特别是在动态内存分配和释放方面非常有用。它可以确保在没有引用时释放资源，避免内存泄漏，并能够安全地共享资源的所有权。

std::shared_ptr 是 C++11 引入的智能指针类型之一，旨在提供一种自动化的内存管理方式。与原生指针相比，它具有自动管理内存的优势，可以避免内存泄漏和重复释放等问题。

下面是 shared_ptr 的一些关键特点：
1. 自动内存管理： shared_ptr 可以自动管理动态分配的内存资源的生命周期。当没有指向资源的 shared_ptr 时，资源会被自动释放，无需手动调用 delete。
2. 引用计数： shared_ptr 通过引用计数来跟踪资源的使用情况。每当创建一个指向资源的 shared_ptr，计数器就会增加；当 shared_ptr 被销毁时，计数器减少。当计数器为零时，资源会被释放。
3. 多个指针共享资源：多个 shared_ptr 可以指向同一块内存资源，它们共享对资源的访问和所有权。这使得在程序中传递和共享资源变得更加简单和安全。
4. 线程安全： shared_ptr 的引用计数是线程安全的，因此可以在多线程环境中安全地使用。
5. 循环引用解决方案： shared_ptr 能够检测并解决循环引用的问题，当存在循环引用时，通过使用 weak_ptr 来打破循环引用，防止内存泄漏。
总之，智能指针 shared_ptr 提供了一种方便而安全的方式来管理动态分配的资源，它是现代 C++ 编程中的重要工具之一。

#include <iostream>
#include <memory> // 引入 shared_ptr 头文件

int main() {
    // 创建一个 shared_ptr 指向一个新的 int 对象，并初始化值为 42
    std::shared_ptr<int> ptr1 = std::make_shared<int>(42);

    // 打印共享指针指向的值
    std::cout << "Value: " << *ptr1 << std::endl;

    // 打印当前引用计数（应该是 1，因为只有 ptr1 引用该对象）
    std::cout << "Reference count: " << ptr1.use_count() << std::endl;

    {
        // 在一个新的作用域中创建另一个 shared_ptr
        std::shared_ptr<int> ptr2 = ptr1; // ptr2 和 ptr1 共享同一个 int 对象

        // 打印新的引用计数（应该是 2，因为 ptr1 和 ptr2 都引用同一个对象）
        std::cout << "Reference count: " << ptr1.use_count() << std::endl;

        // ptr2 离开作用域时，会自动释放对对象的引用，但对象不会被销毁，因为 ptr1 仍然持有该对象
    }

    // 在作用域结束后，打印引用计数（应该是 1，因为 ptr2 已被销毁）
    std::cout << "Reference count after scope: " << ptr1.use_count() << std::endl;

    // 当 ptr1 离开作用域时，内存将自动释放
    return 0;
}

在这个例子中：

我们首先创建了一个 shared_ptr，并使用 std::make_shared 创建了一个新的整数对象并初始化值为 42。
然后我们打印了当前 shared_ptr 的引用计数和指向的值。
接着，我们在一个新的作用域中创建了另一个 shared_ptr 指向相同的整数对象。此时，引用计数变为 2，因为有两个指针引用同一个对象。
当作用域结束后，ptr2 离开作用域，被销毁，引用计数又变回 1。
最后，当 ptr1 也离开作用域时，整数对象将被销毁，因为没有其他指针引用它。

这个例子展示了 std::shared_ptr 的基本用法以及它如何自动管理内存。