【数据结构】链表篇

1.链表的概念以及结构

概念：链表是一种物理储存结构上的非连续、非顺序的储存结构，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。

链式结构在逻辑上是连续的，但是在物理上不一定连续
现实中的节点一般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

2.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。

2.1 单向或者双向

单向或者双向

2.2 带头或者不带头

带头或者不带头

2.3 循环或者不循环

循环或者不循环

2.4 无头单向非循环链表和带头双向循环链表

虽然有这么多的链表结构，但是我们实际中最常用的还是两种结构。
无头单向非循环链表

带头双向循环链表

无头单向非循环链表：结构简单，一般不会单独用来存储数据，实际中更多的是作为其他数据结构的子结构，如哈希桶、图的邻接表等等。另外在笔试中出现较多
带头双向循环链表：结构最复杂，一般用来单独存储数据。实际中使用的链表结构都是带头双向循环链表。另外这个结构虽然复杂，但是使用代码实现时反而简单。

3.单链表的实现

3.1 准备工作

定义结构体.
链表的节点只要两个值需要存储，一个是数据内容，一个是下一个节点的地址。
注意：为了更多的使用场景，我们可以定义一个宏去去替换数据类型。为了方便我就直接写int的。

typedef struct SListNode
{
	int data;
	struct SListNode* next;
}SL;

3.2 节点的创建

正常利用malloc创建就好，注意要检查内存是否开辟失败。

//动态申请一个节点
SL* BuySListNode(int x)
{
	SL* tmp = (SL*)malloc(sizeof(SL));
	if (tmp == NULL)
	{
		perror("malloc");
		exit(-1);
	}
	tmp->data = x;
	tmp->next = NULL;
	return tmp;
}

3.3 单链表的释放

注意使用二级指针，因为我们传递的是一级指针的地址

SL* head = NULL;
DestoryList(&head);

释放时，为了释放当前节点，我们要在cur指向下一个节点时先保存一下该节点的地址。

//释放
void DestoryList(SL** head)
{
	SL* cur = (*head);
	while (cur)
	{
		SL* prev = cur;
		cur = cur->next;
		free(prev);
		prev = NULL;
	}
}

3.4 打印链表

遍历打印就可以了,assert的目的是为了防止有人把空指针传进来。

//打印链表
void PrintList(SL** head)
{
	assert(head);
	//assert(*head);
	SL* cur = *head;
	while (cur)
	{
		printf("%d ", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}

3.5 单链表的尾插

尾插有两种情况：
1.*head为空
直接让*head指向一个新的节点
2.*head不为空
找到当前链表的最后一个节点，然后将新创建的节点连接到后面

//单链表尾插
void PushBackList(SL** head,int x)
{
	assert(head);//防止有人把空指针传进来。
	if (*head == NULL)
	{
		*head = BuySListNode(x);
		return;
	}
	SL* cur = *head;
	SL* tmp = BuySListNode(x);
	while (cur->next)
	{
		cur = cur->next;
	}
	cur->next = tmp;
}

3.6 单链表的尾删

删除存在三种情况：
1.只有一个节点了
直接free释放，*head要置为NULL
2.不止一个节点
先找到第二个节点，然后释放第一个节点，将*head指向新的第一个节点。
3.没有节点
直接报错

//单链表尾删
void PopbackList(SL** head)
{
	assert(head);//防止有人把空指针传进来。
	assert(*head);
	SL* cur = *head;
	if (cur->next == NULL)//当剩下1个元素时，直接释放
	{
		free(cur);
		*head = NULL;
		return;
	}
	SL* prev = cur;
	while (cur->next)
	{
		prev = cur;
		cur = cur->next;
	}
	free(cur);
	cur = NULL;
	prev->next = NULL;
}

3.7 单链表头删

删除存在三种情况：
1.只有一个节点了
直接free释放，*head要置为NULL
2.不止一个节点
找到最后一个节点和其前一个节点，找倒数第二个节点的目的是为了将next置为NULL
3.没有节点
直接报错

//单链表头删
void PopFrontList(SL** head)
{
	assert(head);//防止有人把空指针传进来。
	assert(*head);
	SL* cur = *head;
	if (cur->next == NULL)//当剩下1个元素时，直接释放
	{
		free(cur);
		*head = NULL;
		return;
	}
	SL* next = cur->next;
	free(cur);
	cur = NULL;
	*head = next;
}

3.8 单链表的头插

头插有两种情况：
1.*head为空
直接让*head指向一个新的节点
2.*head不为空
创建一个新的节点，找到当前链表的第一个节点，然后将新创建的节点的next指针指向第一个节点。然后让*head指向新的节点

//单链表头插
void PushFrontList(SL** head, int x)
{
	assert(head);
	if (*head == NULL)
	{
		*head = BuySListNode(x);
		return;
	}
	SL* newnode = BuySListNode(x);
	newnode->next = *head;
	*head = newnode;
}

3.9 单链表的查找

找到返回节点，找不到返回NULL

//单链表的查找
SL* FindSlistNode(SL** head, int x)
{
	assert(head);
	assert(*head);
	SL* cur = *head;
	while (cur)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}
		cur = cur->next;
	}
	return NULL;
}

3.10 在pos位置后插入

既然要在pos节点后插入数据，那就要保证链表不为NULL，pos不为NULL
插入的逻辑就是尾插的逻辑，但是这里我们不在需要找节点位置了，已经给出pos节点了。

//在pos位置后插入
void InsertList(SL** head, SL* pos, int x)
{
	assert(head);
	assert(*head);
	assert(pos);
	SL* newnode = BuySListNode(x);
	newnode->next = pos->next;
	pos->next = newnode;
}

3.11 删除pos位置后的数据

注意两种情况就行了。

//删除pos位置后的节点
void EraseList(SL** head, SL* pos)
{
	assert(pos);
	assert(head);
	assert(*head);
	if (pos->next == NULL)
		return;
	else
	{
		SL* next = pos->next->next;
		SL* tmp = pos->next;
		pos->next = next;
		free(tmp);
		tmp = NULL;
	}
}

4.代码整合

//list.h
#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>

typedef struct  SListNode
{
	int data;
	struct SListNode* next;
}SL;

//动态申请一个节点
SL* BuySListNode(int x);

//销毁链表
void DestoryList(SL** head);

//打印链表
void PrintList(SL** head);

//单链表尾插
void PushBackList(SL** head, int x);

//单链表尾删
void PopbackList(SL** head);

//单链表头删
void PopFrontList(SL** head);

//单链表头插
void PushFrontList(SL** head, int x);

//单链表的查找
SL* FindSlistNode(SL** head, int x);

//在pos位置后插入
void InsertList(SL** head, SL* pos, int x);

//删除pos位置后的节点
void EraseList(SL** head, SL* pos);

//list.c
#include "list.h"

SL* BuySListNode(int x)
{
	SL* tmp = (SL*)malloc(sizeof(SL));
	if (tmp == NULL)
	{
		perror("malloc");
		exit(-1);
	}
	tmp->data = x;
	tmp->next = NULL;
	return tmp;
}

void DestoryList(SL** head)
{
	SL* cur = (*head);
	while (cur)
	{
		SL* prev = cur;
		cur = cur->next;
		free(prev);
	}
	
}

//打印链表
void PrintList(SL** head)
{
	//assert(*head);
	SL* cur = *head;
	while (cur)
	{
		printf("%d ", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}

//单链表尾插
void PushBackList(SL** head,int x)
{
	if (*head == NULL)
	{
		*head = BuySListNode(x);
		return;
	}
	SL* cur = *head;
	SL* tmp = BuySListNode(x);
	while (cur->next)
	{
		cur = cur->next;
	}
	cur->next = tmp;
}

//单链表尾删
void PopbackList(SL** head)
{
	assert(*head);
	SL* cur = *head;
	if (cur->next == NULL)//当剩下1个元素时，直接释放
	{
		free(cur);
		cur = NULL;
		*head = NULL;
		return;
	}
	SL* prev = cur;
	while (cur->next)
	{
		prev = cur;
		cur = cur->next;
	}
	free(cur);
	cur = NULL;
	prev->next = NULL;
}

//单链表头删
void PopFrontList(SL** head)
{
	assert(head);//防止有人把空指针传进来。
	assert(*head);
	SL* cur = *head;
	if (cur->next == NULL)//当剩下1个元素时，直接释放
	{
		free(cur);
		cur = NULL;
		*head = NULL;
		return;
	}
	SL* next = cur->next;
	free(cur);
	cur = NULL;
	*head = next;
}

//单链表头插
void PushFrontList(SL** head, int x)
{
	assert(head);
	if (*head == NULL)
	{
		*head = BuySListNode(x);
		return;
	}
	SL* newnode = BuySListNode(x);
	newnode->next = *head;
	*head = newnode;
}

//单链表的查找
SL* FindSlistNode(SL** head, int x)
{
	assert(*head);
	SL* cur = *head;
	while (cur)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}
		cur = cur->next;
	}
	return NULL;
}

//在pos位置后插入
void InsertList(SL** head, SL* pos, int x)
{
	assert(pos);
	SL* newnode = BuySListNode(x);
	newnode->next = pos->next;
	pos->next = newnode;
}

//删除pos位置后的节点
void EraseList(SL** head, SL* pos)
{
	assert(pos);
	assert(head);
	assert(*head);
	if (pos->next == NULL)
		return;
	else
	{
		SL* next = pos->next->next;
		SL* tmp = pos->next;
		pos->next = next;
		free(tmp);
		tmp = NULL;
	}
}



//test.c
#include "list.h"

//void test1()
//{
//	SL* head = BuySListNode(1);
//	PushBackList(&head, 2);
//	PushBackList(&head, 3);
//	PushBackList(&head, 4);
//	PopFrontList(&head);
//	PrintList(&head);
//	PopFrontList(&head);
//	PrintList(&head);
//	PopFrontList(&head);
//	PrintList(&head);
//	PopFrontList(&head);
//	PrintList(&head);
//	DestoryList(&head);
//}
//
//void test2()
//{
//	SL* head = BuySListNode(1);
//	PushFrontList(&head, 4);
//	PushFrontList(&head, 2);
//
//	SL* tmp = FindSlistNode(&head, 1);
//	printf("tmp:%d\n", tmp->data);
//
//	tmp = FindSlistNode(&head, 100);
//	if(tmp!=NULL)
//	printf("tmp:%d\n", tmp->data);
//	DestoryList(&head);
//
//}
//
//void test3()
//{
//	SL* head = NULL;
//	PushFrontList(&head, 4);
//	PushFrontList(&head, 2);
//	PushBackList(&head, 1);
//	PushBackList(&head, 1);
//	PushBackList(&head, 1);
//	SL* tmp = FindSlistNode(&head, 2);
//	InsertList(&head, tmp, 100);
//	EraseList(&head, tmp);
//	PrintList(&head);
//	DestoryList(&head);
//
//}

int main()
{
	test3();
	return 0;
}

5.顺序表与链表的区别

不同点	顺序表	链表
存储空间上	物理上一定连续	逻辑上连续，但物理上不一定连续
随机访问	支持O(1)	不支持：O(N)
任意位置插入或者删除元素	可能需要搬移元素，效率低 O(N)	只需修改指针指向
插入	动态顺序表，空间不够时需要扩容	没有容量的概念
应用场景	元素高效存储+频繁访问	任意位置插入和删除频繁
缓存利用率	高	低