单链表
- 一.链表的概念及结构
- 二.顺序表与链表的区别与联系
- 三.单链表的实现
- 1.创建单链表
- 2.初始化单链表
- 3.购买节点
- 4.打印单链表
- 5.插入操作
- 1.头插
- 2.尾插
- 3.给定位置之前插入
- 6.删除操作
- 1.头删
- 2.尾删
- 3.删除给定位置的结点
- 7.查找数据
- 8.修改数据
- 9.求单链表长度
- 10.清空单链表
- 11.销毁单链表
- 四.模块化源代码
- 1.SingleLinkList.h
- 2.SingleLinkList.c
- 3.test.c
- 五.链表必做OJ题
前言:在前一章节成功实现了顺序表后,对数据结构的理解已经初具雏形,但这只是启蒙阶段,接下来我们将进入链表的探索学习。链表作为数据结构的另一种形式,不仅仅是简单的表述,它承载了更多的内涵和抽象思维,有助于深入理解数据在计算机科学中的精髓。
一.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 。
typedef int SLLDataType; //增强程序的可维护性
typedef struct SLLNode
{
SLLDataType data; //数据域
struct SLLNode* next; //指针域
}SLLNode;
实际中要实现的链表结构非常多样(2^3=8中)。
- 单向,双向。
- 带头,不带头。
- 循环,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
: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,后面我们代码实现了就知道了。
二.顺序表与链表的区别与联系
顺序表
:
优点
:空间连续,支持随机访问。
缺点
:如果空间不够要增容,增容会付出一定的性能消耗,其次可能存在一定的空间浪费;头部或者中部左右的插入 ,删除效率低——>O(N)。
链表
:
优点
:任意位置的插入删除的时间复杂度为O(1);没有增容消耗,按需申请节点空间,但是不用了记得直接释放。
缺点
:以节点为单位存储,不支持随机访问。
三.单链表的实现
1.创建单链表
链表由节点组成,每个节点要存放数据
与下一个节点的地址
(为了找到下一个节点)。由于存放的是不同类型的数据,所以定义一个结构体,成员则有:数据域,指针域。
单链表:指向该节点的指针。
typedef int SLLDataType; //增强程序的可维护性
typedef struct SLLNode //单链表节点
{
SLLDataType data; //数据域
struct SLLNode* next; //指针域
}SLLNode;
SLLNode* plist;//单链表
2.初始化单链表
注意:以下函数中的参数 phead
对应 plist
;pphead
对应 &plist
。
为什么这么做呢?
答:值传递
与地址传递
的问题。
- 无需改变链表的话(比如:打印链表,查找数据等…),只需传入值。
- 需要改变链表的话(头插,头删等…),需要传入地址。
- 即使 plist 是一级指针,但是传参时仍会创建 phead 存放 plist 。本质依旧是传值。
一般初始化我们都习惯赋值为0,即单链表plist(*pphead)赋值为NULL。
void SLLInit(SLLNode** pphead)
{
assert(pphead); //断言
*pphead = NULL;
}
3.购买节点
由于头插,尾插,按位置插入链表,都要先准备一个节点。为了减少代码的重复,直接对其进行封装,创建新节点的时候直接调用该接口就行。
SLLNode* BuyNode(SLLDataType x)
{
SLLNode* newNode = (SLLNode*)malloc(sizeof(SLLNode)); //申请节点空间
if (newNode == NULL) //申请失败
{
perror("malloc fail");
exit(1);
}
//申请成功
newNode->data = x;
newNode->next = NULL;
return newNode; //返回新节点
}
4.打印单链表
定义一个指针指向单链表,利用NULL这一结束条件,循环遍历打印即可,较为简单。
void SLLPrint(SLLNode* phead)
{
SLLNode* cur = phead; //定位单链表的头节点
while (cur != NULL)
{
printf("%d->", cur->data);
cur = cur->next; //更新为下一节点
}
printf("NULL\n");
}
5.插入操作
1.头插
头插思想:创建新节点,新节点的指针域指向单链表的头节点(实际上就是单链表),再更新单链表的头节点指向新节点。
void SLLPushFront(SLLNode** pphead, SLLDataType x)
{
assert(pphead);
SLLNode* newNode = BuyNode(x); //购买节点
newNode->next = *pphead; //新节点头插
*pphead = newNode; //更新单链表的头节点
}
2.尾插
尾插思想
- 当单链表为NULL:单链表的头指针指向新节点。
- 当单链表不为NULL:找到尾节点,尾节点的指针域指向新节点。
void SLLPushBack(SLLNode** pphead, SLLDataType x)
{
assert(pphead);
SLLNode* newNode = BuyNode(x); //购买节点
if (*pphead == NULL) //单链表为空
{
*pphead = newNode; //更新单链表的头节点
}
else //单链表不为空
{
SLLNode* tail = *pphead; //寻找尾节点
while (tail->next != NULL)
{
tail = tail->next;
}
tail->next = newNode; //尾节点,链接新节点
}
}
3.给定位置之前插入
思路:
- 当给定的位置恰好是头节点的地址时,直接调用头插。
- 否则要寻找 pos 指向的节点的前一个节点,新节点的指针域指向 pos 指向的节点,前一个节点的指针域指向新节点。
void SLLInsert(SLLNode** pphead, SLLNode* pos, SLLDataType x)
{
assert(pphead);
assert(pos);
if (pos == *pphead) //pos是头节点的地址
{
SLLPushFront(pphead, x); //直接头插
}
else
{
SLLNode* newNode = BuyNode(x); //购买节点
SLLNode* prev = *pphead; //定位pos前一个节点
while (prev->next != pos)
{
prev = prev->next;
}
//插入操作
newNode->next = pos;
prev->next = newNode;
}
}
6.删除操作
1.头删
思路:
- 当单链表为NULL:无需操作。
- 当单链表不为NULL:先保存头节点的下一个节点的指针,再释放头指针,最后更新头节点为保存的哪个头节点。
void SLLPopFront(SLLNode** pphead)
{
assert(pphead);
//单链表为空
if (*pphead == NULL)
{
return; //无需释放,直接退出
}
else
{
SLLNode* cur = (*pphead)->next; //定位头节点的下一个节点
free(*pphead); //释放头节点
*pphead = cur; //更新单链表的头节点
}
}
2.尾删
思路略复杂:
- 当单链表为NULL:无需操作。
- 当单链表只有一个节点:释放头节点,将头指针置为NULL。
- 当单链表有多个节点:先找到尾节点的前一个节点并保存,释放尾节点,将保存的节点的指针域置为NULL。
void SLLPopBack(SLLNode** pphead)
{
assert(pphead);
//单链表为空
if (*pphead == NULL)
{
return; //无需释放,直接退出
}
//单链表只有一个节点
else if ((*pphead)->next == NULL) //注意:加上括号
{
free(*pphead); //释放头节点
*pphead = NULL; //单链表置为NULL
}
//单链表有多个节点
else
{
SLLNode* prev = NULL; //定位尾节点前一个节点
SLLNode* tail = *pphead; //定位尾节点
while (tail->next != NULL)
{
prev = tail;
tail = tail->next;
}
free(tail); //释放尾节点
tail = NULL; //置为NULL,预防野指针
prev->next = NULL; //变为尾节点后置为NULL
}
}
3.删除给定位置的结点
思路:
- 当待删除的节点为头节点时,直接调用头删即可。
- 否则保存待删除的节点的前一个节点,将该节点的指针域指向待删除的节点的下一个节点,最后释放待删除的节点即可。
void SLLErase(SLLNode** pphead, SLLNode* pos)
{
assert(pphead);
assert(pos);
if (pos == *pphead) //pos是头节点的地址
{
SLLPopFront(pphead); //直接头删
}
else
{
SLLNode* prev = *pphead; //定位pos前一个节点
while (prev->next != pos)
{
prev = prev->next;
}
prev->next = pos->next; //删除过程
free(pos); //释放节点
pos = NULL; //置为NULL,预防野指针
}
}
7.查找数据
思路:循环遍历单链表即可,找到返回地址,未找到返回NULL。
SLLNode* SLLFind(SLLNode* phead, SLLDataType x)
{
SLLNode* cur = phead; //定位值为x的节点
while (cur != NULL) //遍历单链表
{
if (cur->data == x)
{
return cur; //找到了,返回节点的地址
}
cur = cur->next;
}
return NULL; //找不到,返回NULL
}
8.修改数据
思路:直接通过SLLFind函数得到地址,在该处修改即可,较为简单,同时SLLErase与SLLInsert函数都要通过SLLFind函数得到地址。
void SLLModify(SLLNode** pphead, SLLNode* pos, SLLDataType x)
{
assert(pphead);
assert(pos); //防止对NULL解引用导致程序崩溃
pos->data = x; //直接修改就行了
}
9.求单链表长度
思路:利用头指针,向后循环遍历直到不为空即可。
int SLLLength(SLLNode* phead)
{
int len = 0;
SLLNode* cur = phead;
while (cur != NULL)
{
cur = cur->next;
len++;
}
return len;
}
10.清空单链表
思路:这里不像顺序表一样,顺序表只需释放一个指针arr(连续开辟的空间),而单链表物理上是不连续的,需要释放每一个节点,循环遍历单链表即可。
void SLLClear(SLLNode** pphead)
{
assert(pphead);
//从头开始逐个释放
SLLNode* cur = *pphead;
while (cur != NULL)
{
*pphead = cur->next;
free(cur);
cur = *pphead;
}
}
11.销毁单链表
思路:自认为销毁与清空单链表没有太大区别
void SLLDestory(SLLNode** pphead)
{
assert(pphead);
SLLClear(pphead); //与清空单链表无区别
}
四.模块化源代码
1.SingleLinkList.h
//#pragma once 防止头文件被重复包含,导致效率下降
#ifndef __SINGLELINKLIST_H__
#define __SINGLELINKLIST_H__
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
typedef int SLLDataType; //增强程序的可维护性
typedef struct SLLNode
{
SLLDataType data; //数据域
struct SLLNode* next; //指针域
}SLLNode;
void SLLInit(SLLNode** pphead);//初始化单链表(需要修改单链表,传地址)
SLLNode* BuyNode(SLLDataType x);//购买节点
void SLLPrint(SLLNode* phead);//打印单链表(无需修改单链表,传值)
void SLLPushBack(SLLNode** pphead, SLLDataType x);//尾插(同理,传地址)
void SLLPushFront(SLLNode** pphead, SLLDataType x);//头插
void SLLPopBack(SLLNode** pphead);//尾删
void SLLPopFront(SLLNode** pphead);//头删
SLLNode* SLLFind(SLLNode* phead, SLLDataType x);//查找
void SLLInsert(SLLNode** pphead, SLLNode* pos, SLLDataType x);//插入:通过《SLLFind函数》找到pos,在pos前插入x
void SLLErase(SLLNode** pphead, SLLNode* pos);//删除:通过《SLLFind函数》找到pos,删除pos位置的值
void SLLModify(SLLNode** pphead, SLLNode* pos, SLLDataType x);//修改:通过《SLLFind函数》找到pos,修改pos位置的值
int SLLLength(SLLNode* phead);//求单链表的长度
void SLLClear(SLLNode** pphead);//清空单链表
void SLLDestory(SLLNode** pphead);//销毁单链表
#endif
2.SingleLinkList.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"SingleLinkList.h"
void SLLInit(SLLNode** pphead)
{
assert(pphead); //断言
*pphead = NULL;
}
SLLNode* BuyNode(SLLDataType x)
{
SLLNode* newNode = (SLLNode*)malloc(sizeof(SLLNode)); //申请节点空间
if (newNode == NULL) //申请失败
{
perror("malloc fail");
exit(1);
}
//申请成功
newNode->data = x;
newNode->next = NULL;
return newNode; //返回新节点
}
void SLLPrint(SLLNode* phead)
{
SLLNode* cur = phead; //定位单链表的头节点
while (cur != NULL)
{
printf("%d->", cur->data);
cur = cur->next; //更新为下一节点
}
printf("NULL\n");
}
void SLLPushBack(SLLNode** pphead, SLLDataType x)
{
assert(pphead);
SLLNode* newNode = BuyNode(x); //购买节点
if (*pphead == NULL) //单链表为空
{
*pphead = newNode; //更新单链表的头节点
}
else //单链表不为空
{
SLLNode* tail = *pphead; //寻找尾节点
while (tail->next != NULL)
{
tail = tail->next;
}
tail->next = newNode; //尾节点,链接新节点
}
}
void SLLPushFront(SLLNode** pphead, SLLDataType x)
{
assert(pphead);
SLLNode* newNode = BuyNode(x); //购买节点
newNode->next = *pphead; //新节点头插
*pphead = newNode; //更新单链表的头节点
}
void SLLPopBack(SLLNode** pphead)
{
assert(pphead);
//单链表为空
if (*pphead == NULL)
{
return; //无需释放,直接退出
}
//单链表只有一个节点
else if ((*pphead)->next == NULL) //注意:加上括号
{
free(*pphead); //释放头节点
*pphead = NULL; //单链表置为NULL
}
//单链表有多个节点
else
{
SLLNode* prev = NULL; //定位尾节点前一个节点
SLLNode* tail = *pphead; //定位尾节点
while (tail->next != NULL)
{
prev = tail;
tail = tail->next;
}
free(tail); //释放尾节点
tail = NULL; //置为NULL,预防野指针
prev->next = NULL; //变为尾节点后置为NULL
}
}
void SLLPopFront(SLLNode** pphead)
{
assert(pphead);
//单链表为空
if (*pphead == NULL)
{
return; //无需释放,直接退出
}
else
{
SLLNode* cur = (*pphead)->next; //定位头节点的下一个节点
free(*pphead); //释放头节点
*pphead = cur; //更新单链表的头节点
}
}
SLLNode* SLLFind(SLLNode* phead, SLLDataType x)
{
SLLNode* cur = phead; //定位值为x的节点
while (cur != NULL) //遍历单链表
{
if (cur->data == x)
{
return cur; //找到了,返回节点的地址
}
cur = cur->next;
}
return NULL; //找不到,返回NULL
}
void SLLInsert(SLLNode** pphead, SLLNode* pos, SLLDataType x)
{
assert(pphead);
assert(pos);
if (pos == *pphead) //pos是头节点的地址
{
SLLPushFront(pphead, x); //直接头插
}
else
{
SLLNode* newNode = BuyNode(x); //购买节点
SLLNode* prev = *pphead; //定位pos前一个节点
while (prev->next != pos)
{
prev = prev->next;
}
//插入操作
newNode->next = pos;
prev->next = newNode;
}
}
void SLLErase(SLLNode** pphead, SLLNode* pos)
{
assert(pphead);
if (pos == *pphead) //pos是头节点的地址
{
SLLPopFront(pphead); //直接头删
}
else
{
SLLNode* prev = *pphead; //定位pos前一个节点
while (prev->next != pos)
{
prev = prev->next;
}
prev->next = pos->next; //删除过程
free(pos); //释放节点
pos = NULL; //置为NULL,预防野指针
}
}
void SLLModify(SLLNode** pphead, SLLNode* pos, SLLDataType x)
{
assert(pphead);
assert(pos); //防止对NULL解引用导致程序崩溃
pos->data = x; //直接修改就行了
}
int SLLLength(SLLNode* phead)
{
int len = 0;
SLLNode* cur = phead;
while (cur != NULL)
{
cur = cur->next;
len++;
}
return len;
}
void SLLClear(SLLNode** pphead)
{
assert(pphead);
//从头开始逐个释放
SLLNode* cur = *pphead;
while (cur != NULL)
{
*pphead = cur->next;
free(cur);
cur = *pphead;
}
}
void SLLDestory(SLLNode** pphead)
{
assert(pphead);
SLLClear(pphead); //与清空单链表无区别
}
3.test.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"SingleLinkList.h"
enum //匿名枚举
{
EXIT,
PUSHBACK,
PUSHFRONT,
POPBACK,
POPFRONT,
INSERT,
ERASE,
FIND,
MODIFY,
PRINT,
LENGTH,
CLEAR
};
void Menu()
{
printf("*************单链表************\n");
printf("****1.尾插 2.头插****\n");
printf("****3.尾删 4.头删****\n");
printf("****5.插入 6.删除****\n");
printf("****7.查找 8.修改****\n");
printf("****9.打印 10.长度****\n");
printf("***11.清空 0.退出****\n");
printf("*******************************\n");
}
int main()
{
SLLNode* plist;
SLLInit(&plist);
int select = 0; //操作选项
SLLDataType value; //接收值
SLLDataType value1; //接收值
SLLNode* pos = NULL; //接收指针
do
{
Menu();
printf("请输入您的操作:");
scanf("%d", &select);
switch (select)
{
case EXIT:
printf("退出单链表!\n");
break;
case PUSHBACK:
printf("请输入您要尾插的值(输入-1代表结束):");
while ((scanf("%d", &value), value != -1)) //逗号表达式
{
SLLPushBack(&plist, value);
}
break;
case PUSHFRONT:
printf("请输入您要头插的值(输入-1代表结束):");
do
{
scanf("%d", &value);
if (value != -1)
{
SLLPushFront(&plist, value);
}
} while (value != -1);
break;
case POPBACK:
SLLPopBack(&plist);
break;
case POPFRONT:
SLLPopFront(&plist);
break;
case INSERT:
printf("请输入您要插入到《何值前面》以及《插入的值》:");
scanf("%d %d", &value1, &value);
pos = SLLFind(plist, value1);
if (pos != NULL)
{
SLLInsert(&plist, pos, value);
}
else
{
printf("该值不存在,无法插入!\n");
}
break;
case ERASE:
printf("请输入您要删除的值:");
scanf("%d", &value);
pos = SLLFind(plist, value);
if (pos != NULL)
{
SLLErase(&plist, pos);
}
else
{
printf("该值不存在,无法删除!\n");
}
break;
case FIND:
printf("请输入您要查找的值:");
scanf("%d", &value);
int ret = SLLFind(plist, value);
if (ret == -1)
{
printf("您要查找的值不存在!\n");
}
else
{
printf("您要查找的值存在!\n");
}
break;
case MODIFY:
printf("请输入您要《要修改的值》以及《修改后的值》:");
scanf("%d %d", &value1, &value);
pos = SLLFind(plist, value1);
if (pos != NULL)
{
SLLModify(&plist, pos, value);
}
else
{
printf("该值不存在,无法修改!\n");
}
break;
case PRINT:
SLLPrint(plist);
break;
case LENGTH:
printf("单链表的长度:%d\n", SLLLength(plist));
break;
case CLEAR:
SLLClear(&plist);
break;
}
} while (select);
SLLDestory(&plist); //记得最后要销毁,防止内存泄漏
return 0;
}
五.链表必做OJ题
- 反转单链表
- 链表的中间结点
- 合并两个有序链表
- 判断链表是否有环?
- 求环形链表的入口点?
以后还会更新其余的链表:带头,循环,双链等等组合的链表。
创作不易,如果能帮到你的话能赏个三连吗?感谢啦!!!