数据结构第二课 -----线性表之单向链表

作者前言

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链表

**作者前言**
动态顺序表的缺陷
动态顺序表的优点
链表
链表的分类
- 单向链表
- 单项链表的操作
- - 单链表的结构体
  - 打印输出
  - 创建节点
  - 尾插数据
  - 链表头插
  - 尾删
  - 头删
  - 链表查找
  - 链表的地址前插入
  - 链表的地址后插入
  - 删除
  - 链表的其他操作

动态顺序表的缺陷

尾部插入效率还不错，但是头部和随机删除和随机插入效率很低
容量满了就要扩容。扩容分为两种，一种为原地扩容，一种为异地扩容（效率低下），扩容一般都会存在一定的空间浪费，（一次扩大50，而使用就使用一两个）

动态顺序表的优点

连续存储说明只需要知道一个地址就可以访问剩下的元素

链表

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。
在这里插入图片描述
这个图是我们想象出来的，图中的方框就是一个节点
为了解决这个问题，前面的大佬就想到了通过地址访问空间，每一个节点存放下一个节点的地址

用plist存放第一个节点的地址，然后通过遍历一一访问
注意:
1.从上图可看出，链式结构在逻辑上是连续的，但是在物理上不一定连续般都是从堆上申请出来的
2.现实中的结点一般都是在堆上申请出来的（动态开辟）
3.从堆上申请的空间，是按照一定的策略来分配的，两次申请的空间可能连续，也可能不连续
服设在32位系统上，结点中值域为int类型，则一个节点的大小为8个字节，则也可能有下述链表

链表的分类

链表有8种，下面我来一一介绍

单向或者双向
带头或者不带头
循环或者非循环

在这里插入图片描述

8种链表就是这么来的

单向链表

单向链表是链表中最常用的一种，一个列表节点有两个字段，即数据域和指针域。在单向链表中，指向第一个节点的节点称为“头结点”，最后一个节点的指针域设为null。
在这里插入图片描述

单项链表的操作

单链表的结构体

typedef int SLDataType;
//链表元素
typedef struct SListNode
{
	SLDataType val;
	struct SListNode *next;
	//这里只是一个指针,大小是4/8个大小,如果是定义成结构体变量就会出错
}SListNode;

这里要注意的就是struct SListNode next不能写成SListNodenext

打印输出

思路图：
在这里插入图片描述

//输出链表内容
void SLPrint(SListNode* phead)
{
	assert(phead);
	//防止phead的值改变
	SListNode* cur = phead;
	while (cur!= NULL)
	{
		printf("%d ", cur->val);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");

}

这里很容易搞混，一些写出的错误可能就是链表的结尾和地址搞不明白很容易混淆
错误写法：

void SLPrint(SListNode* phead)
{
	assert(phead);
	//防止phead的值改变
	SListNode* cur = phead;
	while (cur->next!= NULL)
	{
		printf("%d ", cur->val);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}

这种情况就会导致最后一个无法打印出来

创建节点

//创建节点(动态开辟,防止出作用域销毁)
SListNode* CreateNode(SLDataType elemest)
{
	SListNode* p = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode));
	if (p == NULL)
	{
		perror("CreateNode -malloc");
		return;
	}
	p->next = NULL;
	p->val = elemest;
	return p;

}

尾插数据

思路：我们要判断传入的链表中是不是空链表，空链表就是phead =NULL，如果是空链表，我们只需要phead指向插入数据的地址就行，如果不是，我们就要找到最后一个节点，把该节点的成员next的值是该数据的地址，然后把该数据的next改为NULL

void SLPushBack(SListNode** pphead, SLDataType elemest)
{
	//创建一个节点
	SListNode* Node = CreateNode(elemest);
	//找到最后一个节点,判断phead是否是NULL
	if (*pphead)
	{
		SListNode* stall = *pphead;
		while (stall->next != NULL)
		{
			stall = stall->next;
		}
		//插入
		stall->next = Node;
	}
	else
	{
		*pphead = Node;
	}
}

这里我们要判断两种情况的过程中有一些人可能会写成以下错误：
1.
在这里插入图片描述
这个错误就是让stall的地址指向的不是最后一个节点了

2.

就是这里是传值调用，无法更改phead 的值，有很多就误以为更改这个形参就会更改实参了，所以我们要传入phead的地址，改变外面结构体的指针（phead）就要用二级指针

链表头插

思路图：
在这里插入图片描述
思路：让phead指向节点2

//头插
void SLPushFront(SListNode** pphead, SLDataType elemest)
{
	//创建节点
	SListNode* Node = CreateNode(elemest);
	//插入
	SListNode* tail = *pphead;
	*pphead = Node;
	(*pphead)->next = tail;
}

尾删

思路:
我们要分三种情况
一种是空链表 : 直接判断*phead
一种是只有一个节点 :判断(*pphead)->next 是否是 NULL
一种是多个节点:
在这里插入图片描述
思路:只要tail->next不是NULL,prev=tail,然后 tail指向下一个节点,否则free(tail),然后把prev->next =NULL

//尾删
void SLPopBack(SListNode** pphead)
{
	assert(*pphead && pphead);
	//一个节点
	if ((*pphead)->next == NULL)
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
	else//多个节点
	{
		SListNode* prev = *pphead;
		SListNode* tail = (*pphead)->next;
		while (tail->next != NULL)
		{
			prev = tail;
			tail = tail->next;
		}
		free(tail);
		tail == NULL;
		prev->next = NULL;
	}
}

或者这样写

//尾删
void SLPopBack(SListNode** pphead)
{
	assert(*pphead && pphead);
	//一个节点
	if ((*pphead)->next == NULL)
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
	else//多个节点
	{
		
		SListNode* tail = *pphead;
		while (tail->next ->next != NULL)
		{
			tail = tail->next;
		}
		free(tail ->next);
		tail->next = NULL;

	}
}

错误写法:
在这里插入图片描述
这种写法就是一个大错误,主要是分不清prev和tail都是指向同一块空间,且没有考虑一个节点的情况

头删

思路图:
在这里插入图片描述

//头删
void SLPopFront(SListNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	if ((*pphead)->next == NULL)
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
	else
	{
		SListNode* p = (*pphead)->next;
		free(*pphead);
		*pphead = p;
	}
}

或者这样写

//头删
void SLPopFront(SListNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	SListNode* p = (*pphead)->next;
	free(*pphead);
	*pphead = p;
}

这里我们主要还是要区分
pphead = NULL （存储的是空地址）
*pphead = NULL （phead存储的是NULL，但是phead有地址,代表空链表）
（*pphead)->next = NULL(代表的是当前节点是尾节点)

链表查找

思路: 遍历一遍链表,找到就返回地址,找不到就返回NULL

void* SLFind(SListNode* phead, SLDataType elemest)
{
	assert(phead);
	SListNode* tail = phead;
	while (tail != NULL)
	{
		if (tail->val == elemest)
		{
			return tail;
		}
		tail = tail->next;
	}
	return NULL;
}

链表的地址前插入

这里我们要清楚,传入的地址是否为NULL
思路: 插入分两种情况,一种是头插一种是插入到多个之间

// 插入pos前面
void SLTInsert(SListNode** pphead, SListNode* pos, SLDataType elemest)
{
	//两者不为NULL
	assert(pphead && pos && *pphead);
	SListNode* tail = *pphead;
	// 创建节点
	SListNode* newnode = CreateNode(elemest);
	if (tail == pos)
	{
		//头插
		newnode->next = pos;
		*pphead = newnode;
	}
	else
	{
		while (tail->next != pos)
		{
			tail = tail->next;
		}
		tail->next = newnode;
		newnode->next = pos;
	}
}

这里的断言主要分三种情况一种是 *phead和pos都可以为NULL,相当于空链表插入 ,一种是两者都不为NULL,一种是同时满足,这个要看自己来规定,这里我规定的是两个不能为空

链表的地址后插入

这里我们还是一样要考虑和前面的一样,

// 插入pos后面
void SLBInsert(SListNode** pphead, SListNode* pos, SLDataType elemest)
{
	assert(pphead && pos);
	//创建节点
	SListNode* newnode = CreateNode(elemest);

	//插入
	SListNode* tail = pos->next;
	pos->next = newnode;
	newnode->next = tail;
}

删除

思路:主要分析只要第一个节点(只有一个和多个)和多个节点


//删除
void SLErase(SListNode** pphead, SListNode* pos)
{
	assert(pphead && pos && *pphead);
	//写法1
	一个节点
	//if ((*pphead)->next == NULL)
	//{
	//	if (pos == *pphead)
	//	{
	//		free(pos);
	//		pos = NULL;
	//		*pphead = NULL;
	//	}
	//}
	//else //多个
	//{
	//	SListNode* tail = *pphead;
	//	if (pos == tail)
	//	{
	//		*pphead = (*pphead)->next;
	//		free(pos);
	//		pos = NULL;
	//	}
	//	else if (pos->next == NULL)
	//	{
	//		while (tail->next != pos)
	//		{
	//			tail = tail->next;
	//			
	//		}
	//		tail->next = NULL;
	//		free(pos);
	//		pos = NULL;
	//	}
	//	else
	//	{
	//		while (tail->next != pos)
	//		{
	//			tail = tail->next;
	//		}
	//		if (pos = tail->next)
	//		{
	//			SListNode* prev = pos->next;
	//			tail->next = prev;
	//			free(pos);
	//			pos = NULL;
	//		}
	//	}
	//}



	//写法2

	SListNode* tail = *pphead;
	if (pos == tail)
	{
		//头删
		SLPopFront(pphead);
	}
	else
	{
		//这个无法释放第一个节点
		while (tail->next != pos)
		{
			tail = tail->next;
		}
		tail->next = pos->next;
		free(pos);
		pos = NULL;
	}
	
}

链表的其他操作

//不传head ,在pos后面插入
void SLTInsertAfter(SListNode* pos, SLDataType elemest)
{
	assert(pos);
	//创建节点
	SListNode* newnode = CreateNode(elemest);
	newnode->next = pos->next;
	pos->next = newnode;
}
//不传head ,在pos前面插入,(交换值)
void SLTInsertFort(SListNode* pos, SLDataType elemest)
{
	assert(pos);
	//创建节点
	SListNode* newnode = CreateNode(elemest);
	newnode->next = pos->next;
	pos->next = newnode;
	//交换值
	SLDataType val = newnode->val;
	newnode->val = pos->val;
	pos->val = val;
}

//不传head ,在pos后面删除
void SLTEraseAfter(SListNode* pos)
{
	//删除尾节点会报错
	assert(pos &&pos->next);
	
	SListNode* prev = pos->next->next;
	free(pos->next);
	pos->next = prev;
}