C语言实现 -- 单链表

news2024/9/21 14:47:51

C语言实现 -- 单链表

  • 1.顺序表经典算法
    • 1.1 移除元素
    • 1.2 合并两个有序数组
  • 2.顺序表的问题及思考
  • 3.链表
    • 3.1 链表的概念及结构
    • 3.2 单链表的实现
  • 4.链表的分类

讲链表之前，我们先看两个顺序表经典算法。

1.顺序表经典算法

1.1 移除元素

经典算法OJ题1：移除元素
在这里插入图片描述

思路：双指针法

不是真的定义指针，而是两个变量。
执行步骤：
定义两个变量：src 和 dst
如果src指向的值等于val，src++
如果src指向的值不等于val，arr[dst] = arr[src],src++,dst++

图示：
在这里插入图片描述

代码实现：
在这里插入图片描述

1.2 合并两个有序数组

经典算法OJ题2：合并两个有序数组
在这里插入图片描述

思路：
从两个数组的最后一个有效数据开始从后往前比较，找大，谁大就从num1数组的最后一个位置从后往前放。
代码如下：
在这里插入图片描述

2.顺序表的问题及思考

问题：
1.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。
    在这里插入图片描述

3.链表

3.1 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 。
逻辑结构是线性的，物理结构不是线性的。
在这里插入图片描述

  • 链表的结构跟火车车厢相似，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。
  • 车厢是独立存在的，且每节车厢都有车门。想象一下这样的场景，假设每节车厢的车门都是锁上的状态，需要不同的钥匙才能解锁，每次只能携带一把钥匙的情况下如何从车头走到车尾？

最简单的做法：每节车厢里都放一把下一节车厢的钥匙。
在链表里，每节“车厢”是什么样的呢？
在这里插入图片描述
1.与顺序表不同的是，链表里的每节"车厢"都是独立申请下来的空间，我们称之为“结点/节点”，链表是由一个一个的节点(结点)组成的。
2.节点的组成主要有两个部分：data:当前节点要保存的数据和*next:保存下一个节点的地址（指针变量）（它指向的是一个结构体，所以是结构体指针，那这个结构体就是我们链表中的结点）。
3.图中指针变量plist保存的是第⼀个节点的地址，我们称plist此时“指向”第一个节点，如果我们希望plist“指向”第二个节点时，只需要修改plist保存的内容0x0012FFA0。
4.为什么还需要指针变量来保存下一个节点的位置？
链表中每个节点都是独立申请的（即需要插入数据时才去申请⼀块节点的空间），
我们需要通过指针变量来保存下⼀个节点位置才能从当前节点找到下⼀个节点。
结合前面学到的结构体知识，我们可以给出每个节点对应的结构体代码：
假设当前保存的节点为整型：
在这里插入图片描述
当我们想要保存⼀个整型数据时，实际是向操作系统申请了一块内存，这个内存不仅要保存整型数据，也需要保存下一个节点的地址（当下一个节点为空时保存的地址为空）。
当我们想要从第一个节点走到最后一个节点时，只需要在前一个节点拿上下一个节点的地址（下一个节点的钥匙）就可以了。
给定的链表结构中，如何实现节点从头到尾的打印？
在这里插入图片描述
思考：当我们想保存的数据类型为字符型、浮点型或者其他自定义的类型时，该如何修改？
typedef int SLTDataType; 直接把int 换成char ,float 等等
补充说明：
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、节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。

3.2 单链表的实现

1.首先在头文件中定义一个结构体
在这里插入图片描述
其次要明白
在这里插入图片描述

2. 链表的打印
在这里插入图片描述
3.申请新节点
在这里插入图片描述

4. 尾插
在这里插入图片描述
首先我们要知道一级指针和二级指针的关系
指针变量plist 存放的是第一个结点node的地址，所以plist指向第一个结点的指针。
二级指针变量pplist存放的是一级指针变量plist的地址,所以pplist 指向一级指针的变量。
在这里插入图片描述

代码：
在这里插入图片描述
5.头插
在这里插入图片描述
代码：
在这里插入图片描述
6.尾删
在这里插入图片描述
代码：

在这里插入图片描述
7.头删
在这里插入图片描述
代码：

在这里插入图片描述
8.查找
在这里插入图片描述
9.在指定位置之前插入数据
在这里插入图片描述
代码：
在这里插入图片描述
10.在指定位置之后插入数据
在这里插入图片描述
代码：
在这里插入图片描述
11.删除pos节点
在这里插入图片描述
代码：
在这里插入图片描述
12.删除pos之后的节点
在这里插入图片描述
代码：
在这里插入图片描述
13.销毁链表
在这里插入图片描述
代码：
在这里插入图片描述

下面是完整代码：
SList.h

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

typedef int SLTDataType;
//链表是由节点组成
typedef struct SListNode
{
	SLTDataType data;
	struct SListNode* next;
}SLTNode;

//typedef struct SListNode SLTNode;

void SLTPrint(SLTNode* phead);

//链表的头插、尾插
void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x);
void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x);

//链表的头删、尾删
void SLTPopBack(SLTNode** pphead);
void SLTPopFront(SLTNode** pphead);

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

//在指定位置之前插入数据
void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x);
//在指定位置之后插入数据
void SLTInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x);

//删除pos节点
void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos);
//删除pos之后的节点
void SLTEraseAfter(SLTNode* pos);

//销毁链表
void SListDesTroy(SLTNode** pphead);

SList.c

#include"SList.h"
void SLTPrint(SLTNode* phead) {
	SLTNode* pcur = phead;
	while (pcur)
	{
		printf("%d->", pcur->data);
		pcur = pcur->next;
	}
	printf("NULL\n");
}

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

	return newnode;
}

void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x) {
	assert(pphead);

	SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);

	//链表为空，新节点作为phead
	if (*pphead == NULL) {
		*pphead = newnode;
		return;
	}
	//链表不为空，找尾节点
	SLTNode* ptail = *pphead;
	while (ptail->next)
	{
		ptail = ptail->next;
	}
	//ptail就是尾节点
	ptail->next = newnode;
}
void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x) {
	assert(pphead);
	SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);

	//newnode *pphead
	newnode->next = *pphead;
	*pphead = newnode;
}
void SLTPopBack(SLTNode** pphead) {
	assert(pphead);
	//链表不能为空
	assert(*pphead);

	//链表不为空
	//链表只有一个节点，有多个节点
	if ((*pphead)->next == NULL) {
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
		return;
	}
	SLTNode* ptail = *pphead;
	SLTNode* prev = NULL;
	while (ptail->next)
	{
		prev = ptail;
		ptail = ptail->next;
	}
	
	prev->next = NULL;
	//销毁尾结点
	free(ptail);
	ptail = NULL;
}
void SLTPopFront(SLTNode** pphead) {
	assert(pphead);
	//链表不能为空
	assert(*pphead);

	//让第二个节点成为新的头
	//把旧的头结点释放掉
	SLTNode* next = (*pphead)->next;
	free(*pphead);
	*pphead = next;
}
//查找
SLTNode* SLTFind(SLTNode** pphead, SLTDataType x) {
	assert(pphead);

	//遍历链表
	SLTNode* pcur = *pphead;
	while (pcur) //等价于pcur != NULL
	{
		if (pcur->data == x) {
			return pcur;
		}
		pcur = pcur->next;
	}
	//没有找到
	return NULL;
}
//在指定位置之前插入数据
void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x) {
	assert(pphead);
	assert(pos);
	//要加上链表不能为空
	assert(*pphead);

	SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
	//pos刚好是头结点
	if (pos == *pphead) {
		//头插
		SLTPushFront(pphead, x);
		return;
	}

	//pos不是头结点的情况
	SLTNode* prev = *pphead;
	while (prev->next != pos)
	{
		prev = prev->next;
	}
	//prev -> newnode -> pos
	prev->next = newnode;
	newnode->next = pos;
}
//在指定位置之后插入数据
void SLTInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x) {
	assert(pos);

	SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);

	//pos newnode pos->next
	newnode->next = pos->next;
	pos->next = newnode;
}
//删除pos节点
void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos) {
	assert(pphead);
	assert(*pphead);
	assert(pos);

	//pos刚好是头结点，没有前驱节点，执行头删
	if (*pphead == pos) {
		//头删
		SLTPopFront(pphead);
		return;
	}

	SLTNode* prev = *pphead;
	while (prev->next != pos)
	{
		prev = prev->next;
	}
	//prev pos pos->next
	prev->next = pos->next;
	free(pos);
	pos = NULL;
}
//删除pos之后的节点
void SLTEraseAfter(SLTNode* pos) {
	assert(pos);
	//pos->next不能为空
	assert(pos->next);

	//pos  pos->next  pos->next->next
	SLTNode* del = pos->next;
	pos->next = pos->next->next;
	free(del);
	del = NULL;
}
//销毁链表
void SListDesTroy(SLTNode** pphead) {
	assert(pphead);
	assert(*pphead);

	SLTNode* pcur = *pphead;
	while (pcur)
	{
		SLTNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	*pphead = NULL;
}

test.c

#include"SList.h"

//void SlistTest01() {
//	//一般不会这样去创建链表，这里只是为了给大家展示链表的打印
//	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;
//	SLTPrint(plist);
//}
void SlistTest02() {
	SLTNode* plist = NULL;
	SLTPushBack(&plist, 1);
	SLTPushBack(&plist, 2);
	SLTPushBack(&plist, 3);
	SLTPushBack(&plist, 4);
	SLTPrint(plist); //1->2->3->4->NULL

	//SLTPushFront(&plist, 5);
	//SLTPrint(plist);          //5->1->2->3->4->NULL
	//SLTPushFront(&plist, 6);
	//SLTPrint(plist);         //6->5->1->2->3->4->NULL
	//SLTPushFront(&plist, 7);
	//SLTPrint(plist);         //7-6->5->1->2->3->4->NULL

	SLTPopBack(&plist);
	SLTPrint(plist);//1->2->3->NULL
	SLTPopBack(&plist);
	SLTPrint(plist);//1->2->3->NULL
	SLTPopBack(&plist);
	SLTPrint(plist);//1->2->3->NULL
	SLTPopBack(&plist);
	SLTPrint(plist);//1->2->3->NULL
	SLTPopBack(&plist);
	SLTPrint(plist);//1->2->3->NULL
}

void SlistTest03() {
	SLTNode* plist = NULL;
	SLTPushBack(&plist, 1);
	SLTPushBack(&plist, 2);
	SLTPushBack(&plist, 3);
	SLTPushBack(&plist, 4);
	SLTPrint(plist); //1->2->3->4->NULL

	SListDesTroy(&plist);
	头删
	//SLTPopFront(&plist);
	//SLTPrint(plist);    //2->3->4->NULL
	//SLTPopFront(&plist);
	//SLTPrint(plist);    //3->4->NULL
	//SLTPopFront(&plist);
	//SLTPrint(plist);    //4->NULL
	//SLTPopFront(&plist);
	//SLTPrint(plist);    //NULL
	//SLTPopFront(&plist);
	//SLTPrint(plist);    //assert
	//
	//SLTNode* FindRet = SLTFind(&plist, 3);
	//if (FindRet) {
	//	printf("找到了！\n");
	//}
	//else {
	//	printf("未找到！\n");
	//}
	//SLTInsert(&plist, FindRet, 100);
	//SLTInsertAfter(FindRet, 100);
	//
	//删除指定位置的节点
	//SLTErase(&plist, FindRet);
	//SLTPrint(plist); //1->2->3->NULL
}
int main() {
	//SlistTest01();
	//SlistTest02();
	SlistTest03();
	return 0;
}

4.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
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。
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。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。
完

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