数据结构【单链表】

news2024/11/18 15:47:24

文章目录

  • 前言
  • 单链表的概念
  • 单链表接口的实现
    • 头文件(`SLinkList.h`)
    • 单链表的创建
      • 创建链表节点
    • 关于传参
    • 单链表的顺序插入
      • 关于`assert`对象
      • 尾插
        • 正常情况(链表不为空)
        • 特殊情况(链表为`NULL`)
        • 代码
      • 头插
    • 单链表的顺序删除
      • `assert`对象
      • 尾删
        • 正常情况
        • 特殊情况(链表只有一个节点)
      • 头删
    • 单链表的打印
    • 单链表的查找
    • 单链表的指定插入
      • 指定位置前插入
        • 正常情况
        • 特殊情况(是同一个节点)
      • 指定位置之后的插入
    • 删除指定节点
      • 正常情况
        • 特殊情况(`pos == *pphead`)
    • 销毁链表
  • 完整代码
    • 头文件(`SLinkList.h`)
    • 源文件(`SLinkList.c`)
  • 结语

前言

我们前面学习了顺序表(点击此处跳转到顺序表博客)，那么它有什么问题呢?

1.每次在头或者指定位置前插入数据，都需要将数据往后挪动一位，这样太浪费时间了。
2.内存每次都是以2倍增长，这样或多或少会造成空间浪费。
假设我们有一个顺序表来存放班级学生的信息，假设这个班的50个学生刚好填满了这个顺序表，如果这时来了个新同学要加入这个班级，那这个顺序表就需要以2倍的形式扩容，这样顺序表的大小就从原来的50，扩容到了100；但是我只加了一个新同学，这样就有49个数据的空间被浪费掉了

这时候用单链表就可以解决空间浪费的问。

单链表的概念

单链表(Singly Linked List)是线性表的一种，它的特点是数据元素是以节点的形式存储在内存中，它在物理结构上是不连续的。
每个节点都是由一个数据域和一个指针域组成的，数据域用来存放数据元素，指针域则用来指向该节点的后一个节点。所以这种结构就使得单链表在逻辑结构上是连续的。
在单链表中，节点是通过指针链接起来的，这些指针指向每个节点的后继节点。类似于下图
在这里插入图片描述
此外，单链表的最后一个节点的指针指向NULL，这表示没有更多的节点了

单链表接口的实现

头文件(SLinkList.h)

#pragma once

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>

typedef int SLLDATATYPE;

typedef struct SLListNode
{
	SLLDATATYPE data;
	struct SLListNode* next;
}SLListNode;

//打印
void SLListPrint(SLListNode* phead);
//销毁
void SLListDestroy(SLListNode** pphead);
//新节点
SLListNode* SLListNewNode(SLLDATATYPE x);

//尾插
void SLListPushBack(SLListNode** pphead, SLLDATATYPE x);
//尾删
void SLListPopBack(SLListNode** pphead);

//头插
void SLListPushFront(SLListNode** pphead, SLLDATATYPE x);
//头删
void SLListPopFront(SLListNode** pphead);

//查找
SLListNode* SLListFind(SLListNode* phead, SLLDATATYPE x);

//在指定位置之前插入
void SLListInsert(SLListNode** pphead, SLListNode* pos, SLLDATATYPE x);
//在指定位置之后插入
void SLListInsertAfter(SLListNode* pos, SLLDATATYPE x);

//删除指定节点
void SLListErase(SLListNode** pphead, SLListNode* pos);

单链表的创建

因为创造单链表，其实是创造一个节点，所以在创建的时候就会给他赋我们要给的值。
因为每个节点都是独立的一块空间，所以我们就可以使用malloc函数来开辟空间。

	SLListNode* plist = (SLListNode*)malloc(sizeof(SLListNode));
	plist->data = x;//x为自己给的值
	plist->next = NULL;

创建链表节点

根据上文我们就可以独立封装一个函数，这样也是为了方便和避免代码有过多的重复。

//创建节点
SLListNode* SLListNewNode(SLLDATATYPE x)
{
	SLListNode* tmp = (SLListNode*)malloc(sizeof(SLListNode));//创造一个新的节点，大小为这个节点(struct)的大小
	if (tmp == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(1);
	}
	tmp->data = x;
	tmp->next = NULL;
	return tmp;
}

这样我们创造单链表(创建第一个节点)就可以这样优化

	SLListNode* plist = SLListNewNode(x); //x为自己给的值

当然我们也可以直接给NULL；

SLListNode* plist = NULL;

关于传参

因为plist的类型是SLLNode*，所以当我们把plist传过去，用SLLNode*来接收的话，其实是在进行传值调用，我们都知道，传值调用其实是将实参临时拷贝一份给形参，这时候对形参操作并不会影响到实参。

所以当我们要对单链表plist进行更改的时候，应该传plist的地址,那么我们接收的类型就要用SLListNode**。

当我们只是要查找、打印的时候，就可以进行传址调用。

单链表的顺序插入

关于assert对象

我们需要的断言对象应该是类型为SLListNode**的接收参数。
因为我们对单链表进行操作就会解引用，所以当接收参数为NULL时，我们解引用单链表就会报错。

尾插

尾插分为两种情况，第一种就是正常情况，第二种是这个链表为NULL；

正常情况(链表不为空)

第一步：创建一个新节点
第二步：找到单链表的尾节点(next指向NULL的节点)，这我们直接循环就可以了
第三步：将尾节点的next指针指向新节点

特殊情况(链表为NULL)

这就很简单了，直接将新节点赋值给链表就可以了

代码
//尾插
void SLListPushBack(SLListNode** pphead, SLLDATATYPE x)
{
	//两个p代表二级指针(这看个人心情)
	assert(pphead);
	SLListNode* NewNode = SLListNewNode(x);

	//链表为空
	if (*pphead == NULL)
	{
		*pphead = NewNode;
	}
	//链表不为空
	else
	{
		SLListNode* ptail = *pphead;
		//找尾
		while (ptail->next)
		{
			ptail = ptail->next;
		}
		ptail->next = NewNode;
	}
}

头插

头插就很简单了。
创建一个新节点 ——> 将新节点的next指针指向头节点——> 让新节点成为新的头节点。
而且不需要考虑节点是否为空，因为我解引用的是新节点，不会对空节点(NULL)进行解引用。
代码如下：

//头插
void SLListPushFront(SLListNode** pphead, SLLDATATYPE x)
{
	assert(pphead);
	SLListNode* NewNode = SLListNewNode(x);
	NewNode->next = *pphead;//将NewNode的next 指向*pphead
	*pphead = NewNode;
}

单链表的顺序删除

assert对象

这时候就有多加一个 *pphead（没有节点了我还删什么呢？），这样也能防止我们对NULL进行解引用。

尾删

这时候就又要分为两个情况了，一种正常情况，另一种就是链表只有一个节点。
为什么会有第二种情况，我们待会再说。

正常情况

思路：首先我们看到是要找到尾节点的，我们找到尾节点后将它释放并置为NULL;那么只有就有一个问题，我尾节点的前一个节点的next是指向尾节点，如果没对其进行处理，就会造成野指针

所以我们要创建两个指针(ptail、pcur)，ptail个当尾节点，pcur当尾节点的前一个节点，这样，我们将尾节点释放并置为NULL后，直接将pcur的next指针指向被置为NULL的ptail就可以了

		SLListNode* pcur = *pphead;//尾节点的前一个节点
		SLListNode* ptail = *pphead;//要被删除的尾节点
		//找尾
		while (ptail->next)
		{
			pcur = ptail;
			ptail = ptail->next;
		}
		free(ptail);
		ptail = NULL;
		pcur->next = ptail;

这样就又有一个问题，如果链表只有一个节点怎么办？
看上面的代码，我们能看到当链表只有一个节点的的时候，我们将节点赋给了ptail和pcur，这时候ptail->next = NULL，循环条件就为假，就没有进行循环，直接将ptail释放并置为了NULL，但是只有我们在对pcur进行解引用的时候就出现问题了，ptail已经置为NULL了，已经将链表置为NULL了，我们这时候对pcur进行了解引用，这是什么？这不就是对NULL解引用吗。
所以我们就有了下面这个方案。

特殊情况(链表只有一个节点)

直接对这个节点进行释放。
完整代码如下：

void SLListPopBack(SLListNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	//特殊情况(只有一个节点)
	if ((*pphead)->next == NULL)
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
	//正常情况
	else
	{
		SLListNode* pcur = *pphead;//尾节点的前一个节点
		SLListNode* ptail = *pphead;//要被删除的尾节点
		//找尾
		while (ptail->next)
		{
			pcur = ptail;
			ptail = ptail->next;
		}
		free(ptail);
		ptail = NULL;
		pcur->next = ptail;
	}
}

头删

头删就很简单了。
创建一个指针pcur用来接收*pphead ——> *pphead = (*pphead)->next ——> 释放掉pcur。
补充：'->‘这个操作符的优先级比’*'高，所以我们要先用括号括起来
代码如下：

//头删
void SLListPopFront(SLListNode** pphead)
{
	assert(pphead);
	assert(*pphead);

	SLListNode* pcur = *pphead;
	*pphead = (*pphead)->next;// '->'这个操作符的优先级比'*'高，所以我们要先用括号括起来
	free(pcur);
}

单链表的打印

只要给循环一个限制条件就可以了

//打印
void SLListPrint(SLListNode* phead)
{
	while (phead)
	{
		printf("%d -> ", phead->data);
		phead = phead->next;
	}
	printf("NULL");
}

单链表的查找

查找我们分为两个情况，找到和没找到。
找到：返回被找到数据的节点。
没找到：返回NULL。

//查找
SLListNode* SLListFind(SLListNode* phead, SLLDATATYPE x)
{
	SLListNode* pcur = phead;
	while (pcur)
	{
		if (pcur->data == x)
			return pcur;
		pcur = pcur->next;
	}
	return NULL;
}

有了这个函数，我们就可以实现在指定位置的增加和删除了。

单链表的指定插入

pos也要用assert断言

指定位置前插入

分为两种情况，pos和*pphead不是头一个节点和是一个节点

正常情况
  • 第一步：找到pos(指定位置)的前一个节点
  • 第二步：将NewNode的next指向pos;
  • 第三步：将pos的前一个节点的next指向NewNode;
		//正常情况(pos和*pphead不是同一个节点)
		SLListNode* pcur = *pphead;
		//找到pos的前一个节点
		while (pcur->next != pos)
		{
			pcur = pcur->next;

		}

		NewNode->next = pos;
		pcur->next = NewNode;
特殊情况(是同一个节点)

指定位置和头节点是同一个节点，那么这时候在前面进行插入，这个行为是什么？
这不就是头插吗？
所以我们直接调用头插函数就可以了。

完整代码:

//在指定位置之前插入
void SLListInsert(SLListNode** pphead, SLListNode* pos, SLLDATATYPE x)
{
	assert(pphead && *pphead);//如果*pphead为NULL,那肯定找不到pos
	assert(pos);
	SLListNode* NewNode = SLListNewNode(x);
	//特殊情况(pos == *pphead)
	if (pos == *pphead)
	{
		//这就是头插
		SLListPushFront(pphead, x);
	}
	else
	{
		//正常情况(pos和*pphead不是同一个节点)
		SLListNode* pcur = *pphead;
		//找到pos的前一个节点
		while (pcur->next != pos)
		{
			pcur = pcur->next;

		}

		NewNode->next = pos;
		pcur->next = NewNode;
	}
}

指定位置之后的插入

我们就不需要传递plist了，因为我们不需要找到pos的前一个指针了。
我们直接改变pos的next指针就可以了。

//在指定位置之后插入
void SLListInsertAfter(SLListNode* pos, SLLDATATYPE x)
{
	assert(pos);

	SLListNode* NewNode = SLListNewNode(x);
	NewNode->next = pos->next;
	pos->next = NewNode;
	
}

删除指定节点

删除指定节点有两种情况，正常情况(pos和*pphead不是同一个节点)和特殊情况(pos == *pphead)

正常情况

  • 第一步：找到pos的前一个节点
  • 第二步：将pos前一个节点的next指向pos的next
  • 第三步：释放pos并将其置为NULL；
		//正常情况(pos和*pphead不是同一个节点)
		SLListNode* pcur = *pphead;
		while (pcur->next != pos)
		{
			pcur = pcur->next;
		}
		pcur->next = pos->next;
		free(pos);
		pos = NULL;
特殊情况(pos == *pphead)

这直接调用头删函数就可以了

完整代码：

//删除指定节点
void SLListErase(SLListNode** pphead, SLListNode* pos)
{
	assert(pphead && *pphead);
	assert(pos);

	//特殊情况(pos == *pphead)
	if (pos == *pphead)
	{
		//直接调用头删
		SLListPopFront(pphead);
	}
	else
	{
		//正常情况(pos和*pphead不是同一个节点)
		SLListNode* pcur = *pphead;
		while (pcur->next != pos)
		{
			pcur = pcur->next;
		}
		pcur->next = pos->next;
		free(pos);
		pos = NULL;
	}
}

销毁链表

这里销毁链表不能像销毁顺序表一样直接free掉就可以了，因为链表是以节点的形式存储的(每个节点都是独立的空间)，所以我们需要从头节点一直释放到尾节点
代码：

//销毁
void SLListDestroy(SLListNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	SLListNode* pcur = *pphead;
	while (pcur)
	{
		SLListNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	*pphead = NULL;
}

完整代码

头文件(SLinkList.h)

#pragma once

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>

typedef int SLLDATATYPE;

typedef struct SLListNode
{
	SLLDATATYPE data;
	struct SLListNode* next;
}SLListNode;

//打印
void SLListPrint(SLListNode* phead);
//销毁
void SLListDestroy(SLListNode** pphead);
//新节点
SLListNode* SLListNewNode(SLLDATATYPE x);

//尾插
void SLListPushBack(SLListNode** pphead, SLLDATATYPE x);
//尾删
void SLListPopBack(SLListNode** pphead);

//头插
void SLListPushFront(SLListNode** pphead, SLLDATATYPE x);
//头删
void SLListPopFront(SLListNode** pphead);

//查找
SLListNode* SLListFind(SLListNode* phead, SLLDATATYPE x);

//在指定位置之前插入
void SLListInsert(SLListNode** pphead, SLListNode* pos, SLLDATATYPE x);
//在指定位置之后插入
void SLListInsertAfter(SLListNode* pos, SLLDATATYPE x);

//删除指定节点
void SLListErase(SLListNode** pphead, SLListNode* pos);

源文件(SLinkList.c)

#include"SLinkList.h"

//打印
void SLListPrint(SLListNode* phead)
{
	while (phead)
	{
		printf("%d -> ", phead->data);
		phead = phead->next;
	}
	printf("NULL");
}

//销毁
void SLListDestroy(SLListNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	SLListNode* pcur = *pphead;
	while (pcur)
	{
		SLListNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	*pphead = NULL;
}

//创建节点
SLListNode* SLListNewNode(SLLDATATYPE x)
{
	SLListNode* tmp = (SLListNode*)malloc(sizeof(SLListNode));//创造一个新的节点，大小为这个节点(struct)的大小
	if (tmp == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(1);
	}
	tmp->data = x;
	tmp->next = NULL;
	return tmp;
}

//尾插
void SLListPushBack(SLListNode** pphead, SLLDATATYPE x)
{
	//两个p代表二级指针(这看个人心情)
	assert(pphead);
	SLListNode* NewNode = SLListNewNode(x);

	//链表为空
	if (*pphead == NULL)
	{
		*pphead = NewNode;
	}
	//链表不为空
	else
	{
		SLListNode* ptail = *pphead;
		//找尾
		while (ptail->next)
		{
			ptail = ptail->next;
		}
		ptail->next = NewNode;
	}
}
//尾删
void SLListPopBack(SLListNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	//特殊情况(只有一个节点)
	if ((*pphead)->next == NULL)
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
	//正常情况
	else
	{
		SLListNode* pcur = *pphead;//尾节点的前一个节点
		SLListNode* ptail = *pphead;//要被删除的尾节点
		//找尾
		while (ptail->next)
		{
			pcur = ptail;
			ptail = ptail->next;
		}
		free(ptail);
		ptail = NULL;
		pcur->next = ptail;
	}
}

//头插
void SLListPushFront(SLListNode** pphead, SLLDATATYPE x)
{
	assert(pphead);
	SLListNode* NewNode = SLListNewNode(x);
	NewNode->next = *pphead;//将NewNode的next 指向*pphead
	*pphead = NewNode;
}

//头删
void SLListPopFront(SLListNode** pphead)
{
	assert(pphead);
	assert(*pphead);

	SLListNode* pcur = *pphead;
	*pphead = (*pphead)->next;// '->'这个操作符的优先级比'*'高，所以我们要先用括号括起来
	free(pcur);
}

//查找
SLListNode* SLListFind(SLListNode* phead, SLLDATATYPE x)
{
	SLListNode* pcur = phead;
	while (pcur)
	{
		if (pcur->data == x)
			return pcur;
		pcur = pcur->next;
	}
	return NULL;
}

//在指定位置之前插入
void SLListInsert(SLListNode** pphead, SLListNode* pos, SLLDATATYPE x)
{
	assert(pphead && *pphead);//如果*pphead为NULL,那肯定找不到pos
	assert(pos);
	SLListNode* NewNode = SLListNewNode(x);
	//特殊情况(pos == *pphead)
	if (pos == *pphead)
	{
		//这就是头插
		SLListPushFront(pphead, x);
	}
	else
	{
		//正常情况(pos和*pphead不是同一个节点)
		SLListNode* pcur = *pphead;
		//找到pos的前一个节点
		while (pcur->next != pos)
		{
			pcur = pcur->next;

		}

		NewNode->next = pos;
		pcur->next = NewNode;
	}
}
//在指定位置之后插入
void SLListInsertAfter(SLListNode* pos, SLLDATATYPE x)
{
	assert(pos);

	SLListNode* NewNode = SLListNewNode(x);
	NewNode->next = pos->next;
	pos->next = NewNode;
}

//删除指定节点
void SLListErase(SLListNode** pphead, SLListNode* pos)
{
	assert(pphead && *pphead);
	assert(pos);

	//特殊情况(pos == *pphead)
	if (pos == *pphead)
	{
		//直接调用头删
		SLListPopFront(pphead);
	}
	else
	{
		//正常情况(pos和*pphead不是同一个节点)
		SLListNode* pcur = *pphead;
		while (pcur->next != pos)
		{
			pcur = pcur->next;
		}
		pcur->next = pos->next;
		free(pos);
		pos = NULL;
	}
}

结语

最后感谢您能阅读完此片文章，如果有任何建议或纠正欢迎在评论区留言。

如果您认为这篇文章对您有所收获，点一个小小的赞就是我创作的巨大动力，谢谢！！！

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C++使用范围for语句处理多维数组

C++使用范围for语句处理多维数组

循环访问二维数组时出现如下问题&#xff1a; error: invalid range expression of type int *; no viable begin function availablefor (auto col : row){^ ~~~ 1 error generated.问题复现 初始化数组 constexpr size_t rowCnt 3, colCnt 4; int ia[rowCnt][colCnt]; fo…
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【网站项目】SpringBoot380百天公司财务管理系统

【网站项目】SpringBoot380百天公司财务管理系统

&#x1f64a;作者简介&#xff1a;拥有多年开发工作经验&#xff0c;分享技术代码帮助学生学习&#xff0c;独立完成自己的项目或者毕业设计。 代码可以私聊博主获取。&#x1f339;赠送计算机毕业设计600个选题excel文件&#xff0c;帮助大学选题。赠送开题报告模板&#xff…
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AD162A低功耗语音解码芯片，助眠耳机方案推荐—云信通讯

AD162A低功耗语音解码芯片，助眠耳机方案推荐—云信通讯

睡眠一直是很多人所追寻的目标&#xff0c;无论是因为工作压力过大&#xff0c;还是日常烦扰的思绪&#xff0c;一个好的睡眠质量对每个人来说都至关重要。为了解决这个问题&#xff0c;一些科技公司开发了高品质的助眠耳机&#xff0c;通过音乐和声音来帮助入睡&#xff0c;为…
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618好物推荐，每一款都是心头好

618好物推荐，每一款都是心头好

618买什么&#xff1f;&#xff01;是不是又要开始剁手了&#xff1f;&#xff01;买贵不如买对&#xff0c;收下这份好物推荐&#xff0c;无论你是有购物需求还是观望中&#xff0c;无论是日常好物还是智能家电&#xff0c;无论你是追求平价还是实用&#xff0c;这一篇好物推荐…
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eNSP-集线器(hub)连接局域网

eNSP-集线器(hub)连接局域网

一、拓扑结构搭建 二、主机配置 pc1、pc2、pc3 三、测试 Hub相当于大家共享一条线路(类似于电线搭电)&#xff0c;线路上的所有的设备都会接收同样的信息。
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【MySQL02】【 InnoDB 记录存储结构】

【MySQL02】【 InnoDB 记录存储结构】

文章目录 一、前言二、InnoDB 行格式1. COMPACT 行格式1.1 记录的额外信息1.2 记录的真实数据1.3 综上 2. REDUNDANT 行格式2.1 字段长度偏移列表2.2 记录头信息 3. DYNAMIC 行格式和 COMPPESED 行格式 三、InnoDB 数据页结构1. File Header (文件头部)2. Page Header (页面头部…
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