【链表】无头单向非循环链表

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单链表

- - 顺序表的问题及思考
  - 链表
  - - 链表的概念及结构
    - 链表的分类
  - 无头单向非循环链表
  - - 初始化链表
    - 打印单链表
    - 增加结点
    - 插入操作（==增==）
    - - 单链表的尾插
      - 单链表的头插
      - 在给定位置之后插入
      - 在给定位置之前插入
    - 删除操作（==删==）
    - - 单链表的头删
      - 单链表的尾删
      - 删除给定位置的结点
      - 删除给定位置之后的结点
    - 查找数据（==查==）
    - 修改数据（==改==）
    - 查看链表元素个数
    - 判空
    - 销毁所有节点
  - 测试案例

顺序表的问题及思考

我们之前了解了线性表中的顺序表，下面针对顺序表有一些问题思考：

问题：

中间/头部的插入删除，时间复杂度为O(N)
增容需要申请新空间，拷贝数据，释放旧空间。会有不小的消耗。
增容一般是呈2倍的增长，势必会有一定的空间浪费。例如当前容量为100，满了以后增容到200，我们再继续插入了5个数据，后面没有数据插入了，那么就浪费了95个数据空间。

思考：如何解决以上问题呢？下面给出了链表的结构来看看。

链表

链表的概念及结构

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。

它不按照线性的顺序存储数据，而是由若干个同一结构类型的“结点”依次串联而成的，即每一个结点里保存着下一个结点的地址。
在这里插入图片描述
注意：

从上图看出，链式结构在逻辑上是连续的，但是在物理上不一定连续。
现实中的节点一班都是从堆上申请出来的。
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。

链表的分类

实际中链表的结构非常多样，以下情况组合起来就有8种链表结构：

单向或者双向
带头或者不带头
循环或者非循环

虽然有这么多的链表的结构，但是我们实际中最常用还是两种结构：

无头单项非循环链表

无头单向非循环链表：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。

带头双向循环链表

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。

今天我们来讲常用的无头单向非循环链表

无头单向非循环链表

初始化链表

我们知道链表是由多个结点组成，所以要想创建一个链表，首先要创建一个结点。一个结点存储的内容可以分为两部分：数据域，指针域。

数据域：用于存储数据。
指针域：用于存储下一个结点的地址，使链表“连起来”。

这里我们以存储整型(int)的数据为例创建结点。

typedef int SLTDataType;

typedef struct SListNode
{
	SLTDataType data; 数据域：用于存储该结点的数据
	struct SListNode* next;//指针域：用于存放下一个结点的地址
}SLTNode;

功能接口：

#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include<stdbool.h>
// 要改变传过来的指向第一个节点的指针就传二级
// 不改变传过来的指向第一个节点的指针就传一级

//读写修改的函数传二级指针

void SListPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x);//尾插

void SListPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x);//头插

void SListPopBack(SLTNode** pphead);//尾删

void SListPopFront(SLTNode** pphead);//头删

//只读的函数接口传一级指针
SLTNode* BuySListNode(SLTDataType x);//创建新节点

void SListPrint(SLTNode* phead);//打印

int SListSize(SLTNode* phead);//查看数据元素个数

bool SListEmpty(SLTNode* phead);//判空  

SLTNode* SListFind(SLTNode* phead, SLTDataType x);//查找元素

// 在pos位置之前去插入x
void SListInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x);//效率不高，得找插入前面的结点
//在pos位置后面去插入x
void SListInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x);


// 删除pos位置的值
void SListErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos);//删除pos位置
void SListEraseAfter(SLTNode* pos);//删除pos后面位置


void SListDestory(SLTNode** pphead);//销毁结点

打印单链表

打印链表时，我们需要从头指针指向的位置开始，依次向后打印，直到指针指向NULL时，结束打印。

void SListPrint(SLTNode* phead)
{
	SLTNode* cur = phead;
	while (cur != NULL)
	{
		printf("%d->", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("NULL\n");
}

增加结点

每当我们需要增加一个结点之前，我们必定要先申请一个新结点，然后再插入到相应位置

SLTNode* BuySListNode(SLTDataType x)//创建新节点
{
	SLTNode* node = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	if (node == NULL)
	{
		printf("malloc fall!\n");
		exit(-1);
	}
	node->data = x;
	node->next = NULL;
	return node;//返回新结点地址
}

插入操作（增）

单链表的尾插

尾插的时候我们需要先判断链表是否为空，若为空，则直接让头指针指向新结点即可；若不为空，我们首先需要利用循环找到链表的最后一个结点，然后让最后一个结点的指针域指向新结点。

void SListPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)//尾插
{
	assert(pphead);

	if (*pphead == NULL)//判断是否为空表
	{
		SLTNode* newnode = BuySListNode(x);
		*pphead = newnode;
	}
	
	else
	{
		//找尾
		SLTNode* tail = *pphead;
		while (tail->next != NULL)
		{
			tail = tail->next;
		}
		SLTNode* newnode = BuySListNode(x);
		tail->next = newnode;
	}
}

注：增加节点（BuySListNode()）的函数本身就已经将新节点指针域置空，所以尾插时不需要再将新结点的指针域置空。

单链表的头插

头插时，我们只需要先让新结点的指针域指向即原来的第一个结点的位置，然后把新结点的地址给头指针变量即可。

void SListPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)//头插
{
		SLTNode* newnode = BuySListNode(x);
		newnode->next = *pphead;
		*pphead = newnode;
}

注：上面两步操作的顺序不能颠倒，若先让头指针指向新结点（即先让新节点作为头指针），那么就无法找到原来第一个结点的位置了（即原来第一个结点的位置没有保存）。

在给定位置之后插入

在给定位置后插入结点也只需要两步：先让新结点的指针域指向该位置（pos）的下一个结点，然后再让该位置（pos）的结点指向新结点即可。

//在pos位置后面去插入x
void SListInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pos);
	SLTNode* newnode = BuySListNode(x);
	//下面两行代码的顺序不能换，防止该位置（pos）的下一个结点地址因为没保存而找不到
	newnode->next = pos->next;
	pos->next = newnode;
}

在给定位置之前插入

要想在给定位置的前面插入一个新结点，我们首先还是要找到该位置之前的一个结点，然后让新结点的指针域指向位置为pos的结点，让前一个结点的指针域指向新结点即可。需要注意的是，当给定位置为头指针指向的位置时，相当于头插。

void SListInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)// 在pos位置之前去插入x
{
	assert(pphead);
	assert(pos);

	// 1、头插
	if (*pphead == pos)
	{
		SListPushFront(pphead, x);
	}
	// 2、后面插入
	else
	{
		SLTNode* prev = *pphead;//接收头指针
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}
	    // 找到pos位置的前一个节点,prev存的就是它的地址
		SLTNode* newnode = BuySListNode(x);
		newnode->next = pos;//让新结点的指针域指向位置为pos的结点
		prev->next = newnode;//让pos位置的前一个结点指向新结点
	}
}

注意：单链表不适合在pos的位置之前插入元素，因为需要找前一个位置

删除操作（删）

单链表的头删

头删较为简单，若为空表，则不必做处理；若不为空表，则直接让头指针指向第二个结点，然后释放第一个结点的内存空间即可。

void SListPopFront(SLTNode** pphead)//头删
{
	
	//链表为空,断言检测
	assert(*pphead != NULL);

	SLTNode* newnode = (*pphead)->next;
	free(*pphead);
	(*pphead) = newnode;
}

单链表的尾删

我们需要考虑三种不同的情况：

1、当链表为空时，不做处理。
2、当链表中只有一个结点时，直接释放该结点，然后将头指针置空。
3、当链表中有多个结点时，我们需要先找到最后一个结点的前一个结点，然后将最后一个结点释放，将前一个结点的指针域置空，使其成为新的尾结点。

void SListPopBack(SLTNode** pphead)//尾删
{
	assert(pphead);

	//链表为空，断言
	assert(*pphead != NULL);
	//1.一个结点
	if ((*pphead)->next == NULL)
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
	//2.多个结点
	else
	{
		SLTNode* prev = NULL;
		SLTNode* tail = *pphead;
		while (tail->next != NULL)
		{
			prev = tail;
			tail = tail->next;
		}
		free(tail);
		tail=NULL;
		prev->next = NULL;
	}	
}

删除给定位置的结点

要删除给定位置的结点，我们首先要判断该结点是否为第一个结点，若是，则操作与头删相同；若不是，我们就需要先找到待删除结点的前一个结点，然后让其指向待删除结点的后一个结点，最后才能释放待删除的结点。

void SListErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
	assert(pphead);
	assert(pos);
	//1.如果待删除的结点为第一个结点,则调用头删即可
	if (pos== *pphead)
	{
		SListPopFront(pphead);
	}
    //2.删除非头节点
	else
	{
		//找pos的前一个结点
		SLTNode* prev =* pphead;
		while (prev->next!=pos)
		{
			prev = prev->next;
		}
		prev->next = pos->next;
		free(pos);
		pos = NULL;
	}
}

删除给定位置之后的结点

要删除给定位置之后的值，我们首先判断传入地址是否为最后一个结点的地址，若是，则不做处理，因为最后一个结点后面没有结点可删除。若不是最后一个结点，我们首先让地址为pos的结点指向待删除结点的后一个结点，然后将待删除结点释放即可。

void SListEraseAfter(SLTNode* pos)
{
	assert(pos);//确保传入地址不为空
	if (pos->next != NULL)
	{
		SLTNode* nwenode = pos->next->next;

		free(pos->next);
		pos->next = NULL;
		pos->next = nwenode;	
	}
	else
	{
		printf("后面没有元素可删!\n");
	}
}

查找数据（查）

查找数据相对于前面的来说就非常简单了，我们只需要遍历一遍链表，在遍历的过程中，若找到了目标结点，则返回结点的地址；若遍历结束也没有找到目标结点，则直接返回空指针。

SLTNode* SListFind(SLTNode* phead, SLTDataType x)//查找元素
{
	SLTNode* cur = phead;
	while (cur)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}
		else
		{
			cur = cur->next;
		}
		
	}
	return NULL;//没有找到数据为x的结点
}

修改数据（改）

//修改数据
void SListModify(SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
	pos->data = x;//将结点的数据改为目标数据
}

查看链表元素个数

int SListSize(SLTNode* phead)//查看数据元素个数
{
	int size = 0;
	SLTNode* cur = phead;
	while (cur)
	{
		size++;
		cur = cur->next;
	}
	return size;
}

判空

//bool 只有真和假
bool SListEmpty(SLTNode* phead)//判空
{
	//法一
	//return phead == NULL;//空为真，非空为假，用（0，1）表示
	//法二
	return phead == NULL ? true : false;//空为真，非空为假，用（0，1）表示
}

销毁所有节点

void SListDestory(SLTNode** pphead)//销毁结点
{
	assert(pphead);

	SLTNode* cur = *pphead;
	while (cur)
	{
		SLTNode* next = cur->next;
		free(cur);

		cur = next;
	}
	*pphead = NULL;
}

测试案例

test1：手动创建链表，并输出

void TestSList1()//手动创建链表
{
	SLTNode* n1 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	n1->data = 1;

	SLTNode* n2 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	n2->data = 2;

	SLTNode* n3 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	n3->data = 3;

	SLTNode* n4 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	n4->data = 4;

	n1->next = n2;
	n2->next = n3;
	n3->next = n4;
	n4->next = NULL;

	SLTNode* plist = n1;
	SListPrint(plist);
}
int main()
{
	TestSList1();
	return 0;
}

在这里插入图片描述

test2：插入删除测试

void TestSList2()
	{
	SLTNode* plist = NULL;
	SListPushFront(&plist, -1);//头插
	SListPrint(plist);

	SListPushBack(&plist, 1);//尾插
	SListPushBack(&plist, 2);
	SListPushBack(&plist, 3);
	SListPushBack(&plist, 4);  

	SListPrint(plist);

	SListPushFront(&plist, 0);//头插
	SListPrint(plist);

	SListPopBack(&plist);//尾删
	SListPopBack(&plist);//尾删
	SListPopBack(&plist);//尾删
	SListPopBack(&plist);//尾删
	SListPrint(plist);

	SListPopFront(&plist);//头删
	SListPrint(plist);

	printf("SListSize:%d\n", SListSize(plist));//查看当前链表元素个数
	printf("SListEmpty:%d\n", SListEmpty(plist));//判空操作

	}
int main()
{
	TestSList2();
	return 0;
}

在这里插入图片描述

test3：查找元素并修改元素

TestSList3()
{
	SLTNode* plist = NULL;
	SListPushBack(&plist, 1);//尾插
	SListPushBack(&plist, 2);
	SListPushBack(&plist, 3);
	SListPushBack(&plist, 4);
	SListPushBack(&plist, 5);
	SListPrint(plist);
	int n = 0;
	printf("请输入需要查找的元素：");
	scanf("%d", &n);
	SLTNode* pos = SListFind(plist,n);//查找元素
	if (pos)
	{
		printf("找到了!\n");
		//用SListFind找到元素返回的是结点指针，,就可以修改此元素
		int m = 0;
		printf("请修改元素为:");
		scanf("%d", &m);

		SListModify(pos, 20);

		SListPrint(plist);
	}
	else
	{
		printf("没找到!\n");
	}
}
int main()
{
	TestSList3();
	return 0;
}

在这里插入图片描述

test4：指定位置插入元素

TestSList4()
{
	SLTNode* plist = NULL;
	SListPushBack(&plist, 1);//尾插
	SListPushBack(&plist, 2);
	SListPushBack(&plist, 3);
	SListPushBack(&plist, 4);
	SListPushBack(&plist, 5);
	SListPrint(plist);
	int n = 0;
	printf("请输入需要查找的元素：");
	scanf("%d", &n);
	SLTNode* pos = SListFind(plist, n);//查找元素
	if (pos)
	{
		printf("找到了!\n");
		int m = 0;
		printf("请输入插入元素:");
		scanf("%d", &m);
		SListInsert(&plist,pos, m);// 在pos位置之前去插入元素
		SListInsertAfter(pos, -1);//在pos位置后面去插入元素
		SListPrint(plist);
	}
}
int main()
{
	TestSList4();
	return 0;
}

在这里插入图片描述

test5：删除指定位置元素

TestSList5()
{
	SLTNode* plist = NULL;
	SListPushBack(&plist, 1);//尾插
	SListPushBack(&plist, 2);
	SListPushBack(&plist, 3);
	SListPushBack(&plist, 4);
	SListPushBack(&plist, 5);
	SListPrint(plist);
	int n = 0;
	printf("请输入需要查找的元素：");
	scanf("%d", &n);
	SLTNode* pos = SListFind(plist, n);//查找元素
	if (pos)
	{
		printf("找到了,并且会依次删除pos位置之后的元素以及pos位置的元素~\n");
		SListEraseAfter(pos);
		SListPrint(plist);

		SListErase(&plist, pos);
		SListPrint(plist);
	}
	else
	{
		printf("没有此元素！\n");
	}
	SListDestory(&plist);//销毁结点
	SListPrint(plist);
}
int main()
{
	TestSList5();
	return 0;
}