【初阶数据结构篇】单链表的实现（赋源码）

news2024/12/23 22:37:18

文章目录

  • 单链表的实现
    • 代码位置
    • 概念与结构
      • 概念：
      • 结构：
    • 链表的性质
    • 链表的分类
    • 单链表的实现
      • 单链表的创建和打印及销毁
        • 单链表的创建
        • 单链表的打印
        • 单链表的销毁
      • 单链表的插入
        • 单链表头插
        • 单链表尾插
        • 单链表在指定位置之前插入数据
        • 单链表在指定位置之后插入数据
      • 单链表的删除
        • 单链表的头删
        • 单链表的尾删
        • 单链表在指定位置删除数据
        • 单链表在指定位置之后删除数据
      • 单链表的查找指定位置节点

单链表的实现

代码位置

[Gitee](sllist/sllist · petrichor/2024-summer-c-language - 码云 - 开源中国 (gitee.com))

概念与结构

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。

​ 类比火车地铁，都是一节一节的

在这里插入图片描述

  • 淡季时车次的车厢会相应减少，旺季时车次的车厢会额外增加几节。只需要将火车里的某节车厢去掉/ 加上，不会影响其他车厢，每节车厢都是独立存在的。

在链表⾥，每节“⻋厢”是什么样的呢?
在这里插入图片描述

结构：

​ 与顺序表不同的是，链表⾥的每节"⻋厢"都是独⽴申请下来的空间，我们称之为“结点/结点”。

结点的组成主要有两个部分：当前结点要保存的数据和保存下⼀个结点的地址（指针变量）。

  • 图中指针变量plist保存的是第⼀个结点的地址，我们称plist此时“指向”第⼀个结点，如果我们希望 plist“指向”第⼆个结点时，只需要修改plist保存的内容为0x0012FFA0。
  • 链表中每个结点都是独立申请的（即需要插⼊数据时才去申请⼀块结点的空间），我们需要通过指针 变量来保存下⼀个结点位置才能从当前结点找到下⼀个结点。

链表的性质

1、链式机构在逻辑上是连续的，在物理结构上不⼀定连续

2、结点⼀般是从堆上申请的

3、从堆上申请来的空间，是按照⼀定策略分配出来的，每次申请的空间可能连续，可能不连续

链表的分类

链表的结构⾮常多样，以下情况组合起来就有8种（2x2x2）链表结构：

在这里插入图片描述

链表说明：

在这里插入图片描述

  • 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：单链表和双向带头循环链表
    1. 无头单向非循环链表：结构简单，⼀般不会单独⽤来存数据。实际种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。
    2. 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。但是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，在下一篇博客我们将进行双向链表的实现。

单链表的实现

即不带头单向不循环链表

单链表的创建和打印及销毁

SList.h(其中方法会一一讲到)

  • 定义链表结构
  • 将存储数据类型重命名(方便之后替换->例如我们要求单链表内存储char类型数据，只用改一行代码即可)
  • 函数的声明，声明的时候参数只需要类型就可以了，名字加不加都一样
#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
typedef int SLTDataType;
typedef struct SListNode 
{
	SLTDataType data;
	struct SListNode* next;
}SLTNode;


void creatlist();
SLTNode* SLTBuyNode(SLTDataType x);
void printlist(SLTNode*);

//插入
void SLTPushBack(SLTNode**, SLTDataType);
void SLTPushFront(SLTNode**, SLTDataType);


//删除
void SLTPopBack(SLTNode**);
void SLTPopFront(SLTNode**);

//查找
SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x);

//指定位置插入数据
void SLTInsert(SLTNode**, SLTDataType, SLTNode*);
void SLTInsertAfter( SLTDataType, SLTNode*);


//删除指定节点
void SLTErase(SLTNode**, SLTNode*);
void SLTEraseAfter(SLTNode*);

//销毁链表
void SListDestroy(SLTNode**);

test.c

  • 用来测试我们写的函数(函数的调用)
  • 这一部分就是自己写的时候用的测试用例，随便什么都行

养成好习惯，写一个方法测试一次，不然找错误的时候会很痛苦😜

#include "sllist.h"
//实际操作中不会这么去创建链表
void creatlist()
{
	SLTNode* node1 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	node1->data = 1;
	SLTNode* node2 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	node2->data = 2;
	SLTNode* node3 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	node3->data = 3;
	SLTNode* node4 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	node4->data = 4;
	node1->next = node2;
	node2->next = node3;
	node3->next = node4;
	node4->next = NULL;
	SLTNode* plist = node1;
	printlist(plist);

}



void test1()
	{
	SLTNode* plist = NULL;
	//SLTPushBack(&plist, 1);
	//SLTPushBack(&plist, 2);
	//SLTPushBack(&plist, 3);
	//SLTPushBack(&plist, 4);
	SLTPushBack(NULL, 4);
	SLTPushFront(&plist, 1);
	SLTPushFront(&plist, 2);
	SLTPushFront(&plist, 4);
	SLTPushFront(&plist, 3);
	//SLTPopBack(&plist);
	//SLTPopBack(&plist);
	//SLTPopFront(&plist);
	//SLTPopFront(&plist);

	//SLTNode* m=SLTFind(plist, 3);
	//if (m!= NULL)
	//{
	//	printf("找到了\n");
	//}
	SLTInsert(&plist, 3, m);
	//SLTInsertAfter( 6, m);
  //	SLTErase(&plist, m);
	//SLTEraseAfter(m);
	SListDestroy(&plist);
	printlist(plist);
	}

int main()
{
	//creatlist();
	test1();
	return 0;
}
单链表的创建

可以看到在creatlist中我们是先随便申请几个节点然后将他们首尾相连

但链表的性质是每个节点都是独立申请的，即我们有需要才去申请一块节点的空间，所以我们实际中我们不会这样创建链表，只需一开始创建一个链表结点类型的指针plist，并将其置为空，表示此时链表为空，之后需要的时候我们通过插入一个节点并始终保持plist指向单链表第一个节点即可。

单链表的打印
void printlist(SLTNode* phead)
{
	assert(phead);
	SLTNode* p1 = phead;
	while (p1)
	{
		printf("%d ", p1->data);
		p1 = p1->next;
	}
}
  • 一般情况下，单链表已知的都是指向第一个节点的指针plist，因为我们只是打印不需要改变plist的指向，即不需要改变plist的值，所以我们用一级指针即可。
  • 基本思想仍是遍历

在这里插入图片描述

单链表的销毁
void SListDestroy(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	SLTNode* pcur = *pphead;
	while (pcur)
	{
		SLTNode* p1 = pcur;
		pcur = pcur->next;
		free(p1);
		p1 = NULL;
	}
	*pphead = NULL;
}

- 这里我们要改变plist的值了，所以传二级指针（其实也可以传一级，只不过在调用完后别忘了把plist置为空哦(❁´◡`❁)）

单链表的插入

单链表头插

既然要插入我们就要先申请一块空间

SLTNode* SLTBuyNode(SLTDataType x)
{
	SLTNode* node = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	if (node == NULL)
	{
		perror("malloc fail!");
		exit(1);
	}
	node->data = x;
	node->next = NULL;
	return node;
}
  • 将申请新节点的函数分装起来，便于调用
void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
	assert(pphead);
	SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
	newnode->next = *pphead;
	*pphead = newnode;
}
  • 连接新节点和plist
  • 再让plist指向新节点
单链表尾插
void SLTPushBack(SLTNode** pphead , SLTDataType x)
{
	//申请新节点
	assert(pphead);
	SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
	if (*pphead==NULL)
	{
		*pphead = newnode;
	}
	else
	{
		SLTNode* ptail = *pphead;
		while (ptail->next)
		{
			ptail = ptail->next;
		}
		ptail->next = newnode;

	}
}
  • 分两种情况
    • 链表为空，plist直接指向新节点
    • 链表不为空，找尾节点再插入
单链表在指定位置之前插入数据
void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTDataType x, SLTNode* pos)
{
	assert(pphead && pos);
	if (pos == *pphead)
	{
		SLTPushFront(pphead,x);
	}
	else
	{
		SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}
		newnode->next = pos;
		prev->next = newnode;
	}
}
  • 分两种情况
    • 若是pos和plist相同，说明就是头插，调用即可
    • 第二种情况，找到pos之前一个节点，一定要先改newnode的next指针，否则找不到pos下一个节点了
单链表在指定位置之后插入数据
void SLTInsertAfter( SLTDataType x, SLTNode* pos)
{
	assert(pos);
	SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
	newnode->next = pos->next;
	pos->next = newnode;
}
  • 还是记得先改插入进来newnode的next指针

单链表的删除

单链表的头删
void SLTPopFront(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	SLTNode* next = (*pphead)->next;
	free(*pphead);
	*pphead = next;
}
  • 删除都别忘了判断链表是否为空，即plist是否为空
单链表的尾删
void SLTPopBack(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	SLTNode* ptail = *pphead;
	SLTNode* prev = NULL;
	while (ptail->next)
	{
		prev = ptail;
		ptail = ptail->next;
	}
	if (prev)//处理只有一个节点的情况
    {
        prev->next = NULL;
        prev=NULL;
    }
	else
		*pphead = NULL;
	free(ptail);
	ptail = NULL;
}

  • 同样分两种情况

    • 当链表多于一个节点时，找尾节点以及其前一个节点，将尾节点释放并把前一个节点next指针置为空

    • 当链表只有一个节点时，不需要将前一个节点next指针置为空，此时需要将plist置为空

单链表在指定位置删除数据
void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos )
{
	assert(pos && pphead&&*pphead);
	if (pos == *pphead)
	{
		SLTPopFront(pphead);
	}
	else
	{
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}
		prev->next = pos->next;
		free(pos);
		pos = NULL;
	}
}
  • 分两种情况
    • pos和plist相同，即为头删
    • 第二种情况，先找到pos之前节点，再进行指针的更改即可
单链表在指定位置之后删除数据
void SLTEraseAfter( SLTNode* pos)
{
	assert(pos && pos->next);
	SLTNode* del = pos->next;
	pos->next = pos->next->next;
	free(del);
	del = NULL;	
}
  • 先保存pos之后节点，改变pos的next指针后再释放del

单链表的查找指定位置节点

SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{
	assert(phead);
	SLTNode* pcur = phead;
	while (pcur)
	{
		if (pcur->data==x)
		{
			return pcur;
		}
		pcur = pcur->next;

	}
	return NULL;
}
  • 找到就返回指向节点的指针，否则返回空
  • 老规矩遍历就行了

SList.c(完整版)

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "sllist.h"
void printlist(SLTNode* phead)
{
	
	SLTNode* p1 = phead;
	while (p1)
	{
		printf("%d ", p1->data);
		p1 = p1->next;
	}
}

SLTNode* SLTBuyNode(SLTDataType x)
{
	SLTNode* node = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	if (node == NULL)
	{
		perror("malloc fail!");
		exit(1);
	}
	node->data = x;
	node->next = NULL;
	return node;
}

void SLTPushBack(SLTNode** pphead , SLTDataType x)
{
	//申请新节点
	assert(pphead);
	SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
	if (*pphead==NULL)
	{
		*pphead = newnode;
	}
	else
	{
		SLTNode* ptail = *pphead;
		while (ptail->next)
		{
			ptail = ptail->next;
		}
		ptail->next = newnode;

	}
}



void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
	assert(pphead);
	SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
	newnode->next = *pphead;
	*pphead = newnode;
}






void SLTPopBack(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	SLTNode* ptail = *pphead;
	SLTNode* prev = NULL;
	while (ptail->next)
	{
		prev = ptail;
		ptail = ptail->next;
	}
	if (prev)//处理只有一个节点的情况
		prev->next = NULL;
	else
		*pphead = NULL;
	free(ptail);
	ptail = NULL;
}



void SLTPopFront(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	SLTNode* next = (*pphead)->next;
	free(*pphead);
	*pphead = next;
}


SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{
	assert(phead);
	SLTNode* pcur = phead;
	while (pcur)
	{
		if (pcur->data==x)
		{
			return pcur;
		}
		pcur = pcur->next;

	}
	return NULL;

}




void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTDataType x, SLTNode* pos)
{
	assert(pphead && pos);
	if (pos == *pphead)
	{
		SLTPushFront(pphead,x);
	}
	else
	{
		SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}
		newnode->next = pos;
		prev->next = newnode;
	}
}



void SLTInsertAfter( SLTDataType x, SLTNode* pos)
{
	assert(pos);
	SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
	newnode->next = pos->next;
	pos->next = newnode;
}



void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos )
{
	assert(pos && pphead&&*pphead);
	if (pos == *pphead)
	{
		SLTPopFront(pphead);
	}
	else
	{
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}
		prev->next = pos->next;
		free(pos);
		pos = NULL;
	}
}





void SLTEraseAfter( SLTNode* pos)
{
	assert(pos && pos->next);
	SLTNode* del = pos->next;
	pos->next = pos->next->next;
	free(del);
	del = NULL;	
}


void SListDestroy(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	SLTNode* pcur = *pphead;
	while (pcur)
	{
		SLTNode* p1 = pcur;
		pcur = pcur->next;
		free(p1);
		p1 = NULL;
	}
	*pphead = NULL;
}

在单链表实现的函数中，特别有两点要注意：

1. 涉及到plist(指向第一个节点的指针)的指向改变时，一定记得传plist的地址，使用二级指针
2. 在尾插/尾删中，都需要依据链表是否为空/链表是否多于一个节点来分情况讨论，目的是避免对空指针进行解引用造成的错误。

以上就是单链表的实现方法啦，各位大佬有什么问题欢迎在评论区指正，您的支持是我创作的最大动力！❤️

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