在没有 C++ STL 容器的情况下实现集合

在 C++ 中，STL（Standard Template Library）提供了一系列丰富的容器类型，比如 vector、list、set 等等，极大地方便了程序员的开发工作。但是在一些特定的场景下，我们需要自己手动实现这些容器，比如在嵌入式系统中，STL 容器的使用可能会导致程序的性能下降，甚至无法工作。本文介绍如何在没有 STL 容器的情况下，实现一个简单的集合（Set）数据类型。

集合是一种没有重复元素且无序的数据结构，其最简单的实现方式是使用数组。我们可以定义一个包含固定大小的数组，并在数组中维护集合中的元素。这种方式的缺点是数组必须具有固定的大小，无法动态增长或缩小，同时在添加或删除元素时可能需要进行大量的数组操作，性能不是很好。

一种更好的实现方式是使用链表。我们可以定义一个包含节点指针的链表，并在链表中维护集合中的元素。链表可以动态增长和缩小，同时在添加或删除元素时只需要进行常数级别的链表操作，性能较好。下面给出一个简单的链表实现示例（C++ 代码）：

struct Node {
    int data;
    Node* next;
};

class Set {
public:
    Set() : head(nullptr) {}
    ~Set() {
        Node* cur = head;
        while (cur != nullptr) {
            Node* next = cur->next;
            delete cur;
            cur = next;
        }
    }

    bool insert(int data) {
        if (contains(data)) {
            return false;
        }
        Node* new_node = new Node;
        new_node->data = data;
        new_node->next = head;
        head = new_node;
        return true;
    }

    bool contains(int data) {
        Node* cur = head;
        while (cur != nullptr) {
            if (cur->data == data) {
                return true;
            }
            cur = cur->next;
        }
        return false;
    }

    bool remove(int data) {
        Node* cur = head;
        Node* prev = nullptr;
        while (cur != nullptr) {
            if (cur->data == data) {
                if (prev == nullptr) {
                    head = cur->next;
                } else {
                    prev->next = cur->next;
                }
                delete cur;
                return true;
            }
            prev = cur;
            cur = cur->next;
        }
        return false;
    }

private:
    Node* head;
};

上述代码实现了一个简单的链表集合，代码中使用 Node 结构体定义了链表节点，Set 类定义了集合。Set 类中包含了插入、查找和删除数据的方法，其中插入数据的方法用于向集合中添加元素，如果集合中已经存在该元素，则插入操作失败并返回 false；查找数据的方法用于判断集合中是否包含某个元素，并返回 true 或 false；删除数据的方法用于从集合中删除指定元素，如果集合中不存在该元素，则删除操作失败并返回 false。

这种链表实现方式虽然简单，但其性能要比数组实现方式高得多，且具有动态增长和缩小的能力。如果需要更高效的实现方式，则可以考虑使用红黑树等平衡树结构来实现集合。