C语言实现单链表和双向循环链表

news2024/10/6 10:28:24

全文目录

  • 链表
  • 单链表实现
    • 申请节点
    • 头插尾插
    • 头删尾删
    • 任意节点后插入删除
    • 单链表的销毁
  • 带头双向循环链表实现
    • 链表初始化
    • 申请节点
    • 头插尾插
    • 头删尾删
    • 任意节点后插入删除
    • 链表的销毁
  • 链表和顺序表对比总结

链表

概念：链表是一种物理存储结构上非连续、非顺序的存储结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接次序实现的 。

链表的实现主要由一下几种形式：

  1. 是否带头节点（哨兵位）
  2. 是否单向
  3. 是否循环

单链表就是单向

链表的结构虽然多样，但是最常用的还是两种结构：

  1. 单链表

结构简单，一般不会单独用来存数据。实际中更多是作为其他数据结构的子结构，如哈希桶、图的邻接表等等。另外这种结构在笔试面试中出现很多。

  1. 带头双向循环链表

结构最复杂，一般用在单独存储数据。实际中使用的链表数据结构，都是带头双向循环链表。另外这个结构虽然结构复杂，但是使用代码实现以后会发现结构会带来很多优势，实现反而简单了。

其中可以看出链表的结构：

// 单链表的节点
typedef struct SListNode 
{
	SLDataType data;	// 节点数据
	struct SListNode* next; 	// 下一个节点的位置
	struct SListNode* pre;	// 双向链表特有
} SListNode;

链表的接口实现：

  1. 申请节点
  2. 头插头删
  3. 尾插尾删
  4. 在任意节点后插入删除

单链表实现

单链表是链表最简单的实现，其他形式的链表都是在单链表的基础上实现的，所以用来练手最合适。同时基本上链表的OJ题都是以单链表的形式出现的，其他的很多数据结构都是以单链表为子结构实现的。

申请节点

新申请的节点的next 指针是指向NULL 的

// 动态申请一个节点
SListNode* BuySListNode(SLDataType x) 
{
	SListNode* newSListNode = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode));   // 开辟一个新节点
	newSListNode->data = x;		// 新节点，保存新数据
	newSListNode->next = NULL;		// 先将新节点的next指向NULL，如果有需要自行更改，可以防止野指针的使用
	return newSListNode;
}

头插尾插

插入节点都需要注意空链表的时候需要改变链表头结点的值，所以需要传入头节点的地址

// 单链表的头插
void SListPushFront(SListNode** pplist, SLDataType x) 
{
	assert(pplist);		// 就算plist为NULL，pplist也不能是空指针。
	SListNode* newSListNode = BuySListNode(x);		// 开辟新节点
	assert(newSListNode);
	
	newSListNode->next = *pplist;		// 新的头结点指向老的头结点
	*pplist = newSListNode;		// 改变头结点
}

在这里插入图片描述

// 单链表尾插
// 由于可能改变头结点的值，所以需要将头节点的地址传过来
// 但是不用判断是不是空指针，因为空指针的时候也是需要插入的
void SListPushBack(SListNode** pplist, SLDataType x) 
{
	assert(pplist);		// 就算plist为NULL，pplist也不能是空指针。
	SListNode* newSListNode = BuySListNode(x);		// 开辟新节点
	assert(newSListNode);
	
	if (*pplist == NULL) 
	{
		*pplist = newSListNode;		// 当链表中没有数据的时候直接改变头结点的值
		return;
	}
	
	SListNode* tail = *pplist;		// 使用局部变量存档头结点的值
	while (tail->next != NULL) {		// 找最后一个节点
		tail = tail->next;		// 进入下一个节点
	}
	tail->next = newSListNode;		// 添加新节点
}

在这里插入图片描述

头删尾删

删除节点两点注意事项：

  1. 空链表时不能删
  2. 只有一个节点时，需要 改变头结点的值
  3. 删除节点之前需要改变前一个节点的指向
// 单链表头删
void SListPopFront(SListNode** pplist) 
{
	assert(pplist);		// 就算plist为NULL，pplist也不能是空指针。
	assert(*pplist);
	SListNode* temp = *pplist;		// 保存头结点的位置，防止找不到头结点
	*pplist = (*pplist)->next;		// 头结点改为头结点下一个
	free(temp);			// 释放原头结点
}

在这里插入图片描述

// 单链表的尾删
void SListPopBack(SListNode** pplist) 
{
	assert(pplist);		// 就算plist为NULL，pplist也不能是空指针。
	assert(*pplist);
	SListNode* tail = *pplist;    // 使用局部变量存档头结点
	if (tail->next == NULL) 
	{		// 如果只有一个节点，直接释放头结点
		free(tail);
		*pplist = NULL;
		return;
	}
	
	while (tail->next->next != NULL) 
	{		// 寻找尾结点前一个节点
		tail = tail->next;
	}
	free(tail->next);		// 释放尾结点
	tail->next = NULL;		// 更改尾结点
}

在这里插入图片描述

任意节点后插入删除

// 单链表在pos位置之后插入x
void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLDataType x) 
{
	assert(pos);
	SListNode* newSListNode = BuySListNode(x);		// 创建新节点
	newSListNode->next = pos->next;		// 插入新节点
	pos->next = newSListNode;
}

在这里插入图片描述

// 单链表删除pos位置之后的节点
void SListEraseAfter(SListNode* pos) 
{
	assert(pos->next && pos);		// 防止当前节点为空，或者下一个节点为空
	SListNode* temp = pos->next;		// 保存当前位置下一个节点的位置
	pos->next = pos->next->next;		// 当前节点指向下一个的下一个节点
	free(temp);
}

在这里插入图片描述

单链表的销毁

链表都是动态申请的空间，需要及时释放

// 单链表的销毁
void SListDestory(SListNode* plist)
{
	assert(plist);

	SListNode* cur = plist;

	while (cur)
	{
		SListNode* del = cur;
		cur = cur->next;
		free(del);
	}
}

带头双向循环链表实现

带头双向循环链表可以说是链表的最终形态，除了不能随机访问，基本上没有缺点。

结构：

typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode 
{
	LTDataType data;
	struct ListNode* _prev;
	struct ListNode* _next;
} ListNode;

链表初始化

就算是没有空链表也会有一个哨兵位

// 创建返回链表的头结点.
ListNode* ListCreate() 
{
	ListNode* phead = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));   // 创建头结点
	assert(phead);
	phead->_prev = phead;		
	phead->_next = phead;
	return phead;
}

在这里插入图片描述

申请节点

新节点的前后指针都是指向NULL的

// 创建新节点
ListNode* CreatListNode(LTDataType x) 
{
	ListNode* newNode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	assert(newNode);
	newNode->data = x;
	newNode->_next = NULL;
	newNode->_prev = NULL;
	return newNode;
}

头插尾插

// 双向链表头插
void ListPushFront(ListNode* pHead, LTDataType x) 
{
	assert(pHead);
	ListNode* newNode = CreatListNode(x);
	// 注意不能将一个头结点的下一个的下一个节点弄丢了，需要先处理头结点的下一个节点和新节点的关系
	newNode->_next = pHead->_next;
	pHead->_next->_prev = newNode;
	newNode->_prev = pHead;
	pHead->_next = newNode;
}

在这里插入图片描述

// 双向链表尾插
void ListPushBack(ListNode* pHead, LTDataType x) 
{
	assert(pHead);
	ListNode* newNode = CreatListNode(x);
	// 注意赋值顺序，不可将尾结点弄丢了，需要先处理尾结点新节点的关系
	pHead->_prev->_next = newNode;
	newNode->_prev = pHead->_prev;
	newNode->_next = pHead;
	pHead->_prev = newNode;
}

在这里插入图片描述

头删尾删

// 双向链表头删
void ListPopFront(ListNode* pHead) 
{
	assert(pHead);
	assert(pHead->_next != pHead);   // 防止空链表时的删除
	// 删除前需要先将链表的头结点和删除节点的下一个节点链接起来
	ListNode* del = pHead->_next;
	del ->_next->_prev = pHead;
	pHead->_next = del->_next;
	free(del);
}

在这里插入图片描述

// 双向链表尾删
void ListPopBack(ListNode* pHead) 
{
	assert(pHead);
	assert(pHead->_next != pHead);		// 防止空链表时的删除
	// 删除前需要将删除节点的前一个节点和头结点
	ListNode* del = pHead->_prev;
	pHead->_prev = del->_prev;
	del->_prev->_next = pHead;
	free(del);
}

在这里插入图片描述

任意节点后插入删除

这里的图根前面插入删除的图都是一样的

// 双向链表在pos的前面进行插入
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x) 
{
	assert(pos);
	ListNode* newNode = CreatListNode(x);
	// 不可将pos的前一个节点弄丢了，需要先处理pos的前一个节点和新节点的关系
	pos->_prev->_next = newNode;
	newNode->_prev = pos->_prev;
	newNode->_next = pos;
	pos->_prev = newNode;
}


// 双向链表删除pos位置的节点
void ListErase(ListNode* pos) 
{
	assert(pos);
	pos->_prev->_next = pos->_next;
	pos->_next->_prev = pos->_prev;
	free(pos);
}

链表的销毁

// 双向链表销毁
void ListDestory(ListNode* pHead) {
	assert(pHead);
	ListNode* cur = pHead->_next;
	while (cur != pHead) {
		ListNode* next = cur->_next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	free(pHead);
}

链表和顺序表对比总结

链表与顺序表的优缺点都是相互呼应的：

在这里插入图片描述

其中的缓存利用率，在CPU和内存中有着三级缓存，每次读取数据都是先将内存中的数据放到缓存中，再让CPU读取，但不是一个数据一个数据地放，而是一段一段地放。由于顺序表物理地址空间连续的优势，缓存的利用率也就高了，而链表大概率每次都需要重新再内存中读取数据，就不能保证缓存的利用率。

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