数据结构之手撕链表（讲解➕源代码）

news2024/11/25 20:33:24

0.引言

我们在学习过顺序表之后，会发现两点不是很优秀的操作：
1.顺序表的头插和中间的插入：
        非常麻烦，需要不断的覆盖数据。
2.动态开辟空间：
        a.一般动态开辟的空间都是以2倍的形式开辟，当我们已经开辟了100个空间，并且存满了，此时我们还需要存放5个数据，那么就又需要开辟200个空间了，我们存放5个数据之后，还剩余了195个空间没有放数据，这也就导致了空间的浪费。
        b. 而我们开辟新空间，拷贝数据，释放旧空间还会有一定的消耗。

注意⚠️⚠️⚠️：
        我们在申请空间的时候必须要主动给它释放掉，因为申请空间的时候，是在堆上申请的，这段空间不会随着程序的结束而自然释放掉，所以要在我们程序结束之前，主动释放掉这段空间。

那有没有一种结构会很简便呢？答案肯定是有的，就是我们本次要讲解的链表。


1.链表的概念

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实现的 。也就是说链表的物理结构不连续，但逻辑结构连续。

我们通常定义一个结构体来表示链表的节点，结构体内部要包括节点的值和指向下一个节点的指针。

链表开始的节点称作：头节点，通常用head表示；

链表末尾的节点称作：尾结点，通常用tail表示；

其余节点称作：中间节点。

2.链表的逻辑模型

如图：在逻辑模型，可以看出它们是一个接着一个的，在逻辑上连续。

3.链表的物理模型

如图：在物理模型中，我们看到每个节点的地址都不是连续的，但是通过指针链接起来了。

 4.链表的分类

4.1 单向链表

        

4.2 双向链表

4.3 带头单向链表（带哨兵位）

4.4带头双向链表（带哨兵位）

4.5循环单链表

4.6循环双向链表

4.7带头循环单链表

4.8带头循环双向链表

5. 单链表的实现（接口实现代码）

5.1单链表的定义

typedef int SLTDataType;

typedef struct SListNode
{
    SLTDataType data;
    struct SListNode* next;
}SLTNode;

5.3单链表的销毁

void SLT_Destroy(SLTNode*phead)//销毁
{
    while (phead != NULL)
    {
        SLTNode *over = phead->next;
        free(phead);
        phead = over;
    }
}

5.4单链表的动态申请一个节点空间

SLTNode* BuySListNode(SLTDataType x) //创造新节点
{
    SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
    if (newnode == NULL)
    {
        perror("malloc fail");
        exit(-1);
    }

    newnode->data = x;
    newnode->next = NULL;

    return newnode;
}

5.5单链表的头插头删

void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x) //头插
{
    SLTNode* newnode = BuySListNode(x);

    newnode->next = *pphead;
    *pphead = newnode;
}

void SLTPopFront(SLTNode** pphead) //头删
{
    // 空
    assert(*pphead);

    // 非空
    SLTNode* newhead = (*pphead)->next;
    free(*pphead);
    *pphead = newhead;
}

5.6单链表的尾插尾删

void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x) //尾插
{
    SLTNode* newnode = BuySListNode(x);

    if (*pphead == NULL)
    {
        // 改变的结构体的指针，所以要用二级指针
        *pphead = newnode;
    }
    else
    {
        SLTNode* tail = *pphead;
        while (tail->next != NULL)
        {
            tail = tail->next;
        }

        // 改变的结构体，用结构体的指针即可
        tail->next = newnode;
    }
}

void SLTPopBack(SLTNode** pphead) //尾删
{
    // 1、空
    assert(*pphead);

    // 2、一个节点
    // 3、一个以上节点
    if ((*pphead)->next == NULL)
    {
        free(*pphead);
        *pphead = NULL;
    }
    else
    {
        SLTNode* tail = *pphead;
        while (tail->next->next)
        {
            tail = tail->next;
        }

        free(tail->next);
        tail->next = NULL;
    }
}

5.7单链表的在pos位置之前的插入

void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)//pos之前插入
{
	assert(pphead);
	assert(pos);

	if (pos == *pphead)
	{
		SLTPushFront(pphead, x);
	}
	else
	{
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}

		SLTNode* newnode = BuySListNode(x);
		prev->next = newnode;
		newnode->next = pos;
	}
}

5.8单链表的在pos位置之后的插入

void SLTInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x)//在pos之后插入
{
	assert(pos);

	SLTNode* newnode = BuySListNode(x);
	pos->next = newnode;
	newnode->next = pos->next;
}

5.9单链表的删除pos位置的节点

void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
	assert(pphead);
	assert(pos);

	if (pos == *pphead)
	{
		SLTPopFront(pphead);
	}
	else
	{
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}

		prev->next = pos->next;
		free(pos);
		//pos = NULL;
	}
}

5.10单链表的删除pos位置之后的节点

void SLTEraseAfter(SLTNode* pos)
{
	assert(pos);

	// 检查pos是否是尾节点
	assert(pos->next);

	SLTNode* posNext = pos->next;

	pos->next = posNext->next;

	free(posNext);
	posNext = NULL;
}

5.11单链表的查找

SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x) //查找
{
	SLTNode* cur = phead;
	while (cur)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}

		cur = cur->next;
	}

	return NULL;
}

6.带头双向循环链表的实现（接口实现代码）

6.1带头双向循环链表的定义

typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
    struct ListNode* prev; //前驱
    LTDataType data;
    struct ListNode* next; //后继
}ListNode;

6.2带头双向循环链表的初始化

ListNode* ListInit() //初始化链表
{
    ListNode *head = (ListNode*) malloc(sizeof (ListNode));
    if(head ==  NULL)
    {
        perror("初始化开辟空间失败");
        exit(-1);
    }
    head->data = -1;
    head->prev = head;
    head->next = head;
    return head;
}

6.3带头双向循环链表的销毁

void ListDestory(ListNode* pHead) //销毁
{
    int len = ListSize(pHead) + 1;
    while (len--)
        ListPopFront(pHead);
}

6.4带头双向循环链表的打印

void ListPrint(ListNode* phead) //打印
{
    assert(phead);
    ListNode *phead_next = phead->next;
    printf("phead <-> ");
    while(phead_next != phead)
    {
        printf("%d <-> ",phead_next->data);
        phead_next = phead_next->next;
    }
    printf("phead\n");
}

6.5带头双向链表的增加节点

ListNode* BuyListNode(LTDataType x) //增加节点
{
    ListNode *newnode = (ListNode*) malloc(sizeof (ListNode));
    if(newnode == NULL)
    {
        perror("增加节点开辟空间失败");
        exit(-1);
    }
    newnode->data = x;
    newnode->next = NULL;
    newnode->prev = NULL;
    return newnode;
}

6.6带头双向循环链表的在pos之前插入

void ListInsert(ListNode* pos,LTDataType x)//在pos位置之前插入
{
    assert(pos);
    ListNode *newnode = BuyListNode(x);
    ListNode *pos_prev = pos->prev;
    pos_prev->next = newnode;
    newnode->prev = pos_prev;
    newnode->next = pos;
    pos->prev = newnode;
}

6.7带头双向循环链表删除pos位置

void ListErase(ListNode* pos)//删除pos位置的节点
{
    assert(pos);
    ListNode *pos_next = pos->next;
    ListNode *pos_prev = pos->prev;
    pos_prev->next = pos_next;
    pos_next->prev = pos_prev;
    free(pos);
}

6.8带头双向循环链表的尾插尾删

void ListPushBack(ListNode* phead,LTDataType x)//尾插
{
    assert(phead);
    ListInsert(phead,x);
}

void ListPopBack(ListNode* phead)//尾删
{
    assert(phead);
    ListErase(phead->prev);
}

6.9带头双向循环链表的头插头删

void ListPushFront(ListNode* phead,LTDataType x)//头插
{
    assert(phead);
    ListInsert(phead->next,x);
}

void ListPopFront(ListNode* phead)//头删
{
    assert(phead);
    ListErase(phead->next);
}

6.10带头双向循环链表的长度求解

int ListSize(ListNode* phead)//求链表的长度
{
    assert(phead);
    int len = 0;
    ListNode *phead_next = phead->next;
    while(phead != phead_next)
    {
        len++;
        phead_next = phead_next->next;
    }
    return len;
}

6.11带头双向循环链表的寻找某一节点

ListNode*ListFind(ListNode* phead, LTDataType num)//寻找某一个节点
{
    assert(phead);
    ListNode *find = phead->next;
    while(find != phead)
    {
        if(find->data == num)
        {
            return find;
        }
        find = find->next;
    }
    return NULL;
}

7.顺序表和链表的区别

不同点顺序表链表

存储空间上 

物理上一定连续逻辑一定连续，物理不一定

任意位置插入或者删除

元素

需要覆盖数据通过指针就能找到

插入 

动态顺序表需要扩容没有容量概念，需要一个给一个

缓存利用率

高低

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