数据结构之线性表（单链表的实现）

news2024/11/26 0:29:53

目录

一、单链表的原理

二、单链表的实现

1.单链表的定义

2.单链表的初始化

3.清空单链表

4.单链表是否为空

5.单链表的长度

6.获取指定位置 i 的元素

7.获取指定元素 e 的位置  

8.向链表中插入指定位置的元素

9.向链表中删除指定位置的元素

10.遍历链表中的元素

三、打印测试功能

1.测试

2.结果输出

3.总代码

一、单链表的原理

        本章节紧跟上一篇文章《顺序表的实现》来继续讲述线性表的一种：单链表。

        前面我们讲的线性表的顺序存储结构。它是有缺点的，最大的缺点就是插入和删除时需要移动大量元素，这显然就需要耗费时间。能不能想办法解决呢?

         要解决这个问题，我们就得考虑一下导致这个问题的原因。为什么当插入和删除时，就要移动大量元素，仔细分析后，发现原因就在于相邻两元素的存储位置也具有邻居关系。它们编号是1，2，3，…，n，它们在内存中的位置也是挨着的，中间没有空隙，当然就无法快速介入，而删除后，当中就会留出空隙，自然需要弥补。问题就出在这里。

        我们可以在第一个元素时，就知道第二个元素的位置(内存地址)，而找到它;在第二个元素时，再找到第三个元素的位置(内存地址)。这样所有的元素我们就都可以通过遍历而找到，而这就是单链表的特点，如下图所示。

         而链表的结构则如下图所示，第一个节点的指针由头节点所指，第二个节点的指针由第一个节点所指，以此类推。

二、单链表的实现

1.单链表的定义

        定义一些功能常量和单链表的结构。

        这里需要注意的是，我给链表起别名的是一个指针，后面我们在实现链表功能的时候，我们传递函数参数的时候要传递的是一个双指针（LinkList* L）。 这是因为链表的结构使然，因为链表存储的是其他链表的指针，它是一个地址，后面我们在进行链表的增加和删除的时候，会经常涉及到指针的变化。

        如果函数的参数是本身一级指针，那么在函数内部对指针的修改将不会反映到函数外部，因为函数接收到的是指针的一个副本。使用指针的指针作为参数，则可以确保在函数内部对指针的修改能够反映到原始的指针上。

typedef  struct  Node*  LinkList;

#include <iostream>

#define MAX_SIZE 20
#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0
typedef int Status;
typedef int ElemType;

typedef struct Node
{
	ElemType data;
	struct Node* next;
}Node;

typedef struct Node* LinkList;
2.单链表的初始化

        链表的初始化主要是为头节点分配内存空间，使它的data 和 next 都指向为 NULL，方便我们后续的操作。

Status InitList(LinkList* L)
{
	*L = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
	if (*L == NULL) return ERROR;
	(*L)->data = 0;
	(*L)->next = NULL;
	return OK;
}
3.清空单链表

        对链表进行清空操作，因为是用 malloc 进行分配的空间，对堆中的空间进行释放操作。

Status ClearList(LinkList* L)
{
	LinkList p, q;

	p = (*L)->next;
	while (p != NULL) 
	{	
		q = p->next;
		free(p);
		p = q;
	}
	(*L)->next = NULL;
	return OK;
}
4.单链表是否为空

        判断头节点指向的元素是否为空。即 next 是否为 NULL。

Status isListEmpty(LinkList L)
{
	if (L->next  == NULL) return TRUE;
	return FALSE;
}
5.单链表的长度

        求链表的长度，定义一个变量，然后用while循环遍历链表。

int ListLength(LinkList L)
{
	int num{ 0 };
	LinkList temp = L->next;
	while (temp != NULL)
	{
		temp = temp->next;
		num++;
	}
	return num;
}
6.获取指定位置 i 的元素

        定义一个变量，进行while操作，判断是否与指定位置 i 相同，获取其节点值。

Status GetElem(LinkList L, int i, ElemType* e)
{
	int num{ 1 };
	LinkList temp = L->next;
	while (temp != NULL && num < i)
	{
		temp = temp->next;
		num++;
	}	
	if (temp == NULL || num > i) return ERROR;
	*e = temp->data;
}
7.获取指定元素 e 的位置  

        和上述功能类似，返回值为 int 位置。

int LocateElem(LinkList L, ElemType* e)
{
	int num{ 0 };
	LinkList temp = L->next;
	while (temp != NULL)
	{
		num++;
		if (temp->data = *e)
		{
			return num;
		}
		temp = temp->next;
	}
	return 0;
}
8.向链表中插入指定位置的元素

          此功能为链表的难点所在，需要根据图像理解实现，如下图所示。 

      

Status LinkInsert(LinkList* L, int i, ElemType e)
{
	int j;
	LinkList p, s;
	p = *L;
	j = 1;

	while (p != NULL && j < i)
	{
		p = p->next;
		++j;
	}	
	if (!p || j > i) return ERROR;

	s = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
	if (s == NULL) return ERROR;
	s->data = e;
	
	s->next = p->next;
	p->next = s;
	
	return OK;

}
9.向链表中删除指定位置的元素

        和上功能类似，如图所示。

Status LinkDelete(LinkList* L, int i, ElemType* e)
{
	int j;
	LinkList p, s;
	j = 1;
	p = (*L);
 	while (p != NULL && j < i)
	{
		p = p->next;
		++j;
	}
	if (!p || j > i) return ERROR;

	s = p->next;
	p->next = s->next;
	*e = s->data;
	free(s);
	return OK;
}
10.遍历链表中的元素

        功能比较简单，通过不断遍历打印其节点的data值。

Status visit(ElemType e)
{
	printf("%d->", e);
	return OK;
}
Status ListTraverse(LinkList L)
{
	LinkList p = L->next;
	while (p != NULL)
	{
		visit(p->data);
		p = p->next;
	} 
	printf("\n");
	return OK;
}

三、打印测试功能

1.测试

        测试主要为测试以上的功能是否可以实现。

int TestSingleList()
{
	LinkList L;
	ElemType e;
	Status ret;
	int j, k;
	// 初始化
	ret = InitList(&L);
	printf("初始化长度：%d\n", ListLength(L));

	for(j = 1; j <= 5; j++)
	{
		ret = LinkInsert(&L, 1, j);
	}
	printf("插入5个元素后：");
	ListTraverse(L);
	ret = isListEmpty(L);
	printf("是否为空，%d\n", ret);
	ret = ClearList(&L);
	printf("清空后的长度：%d\n", ListLength(L));
	printf("是否为空，%d\n", ret);
	for (j = 1; j <= 10; j++)
	{
		ret = LinkInsert(&L, j, j);
	}
	printf("插入10个元素后：");
	ListTraverse(L);

	LinkInsert(&L, 3, 100);
	printf("在第2个节点后面增加元素100：");
	ListTraverse(L);

	LinkDelete(&L, 2, &e);
	printf("删除第二个节点,节点元素为%d :", e);
	ListTraverse(L);

	ClearList(&L);

	return 0;
}
2.结果输出

           结果输出如图所示：

3.总代码

        总代码如下：



#include <iostream>

#define MAX_SIZE 20
#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0
typedef int Status;
typedef int ElemType;

typedef struct Node
{
	ElemType data;
	struct Node* next;
}Node;

typedef struct Node* LinkList;

Status visit(ElemType e)
{
	printf("%d->", e);
	return OK;
}

Status InitList(LinkList* L)
{
	*L = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
	if (*L == NULL) return ERROR;
	(*L)->data = 0;
	(*L)->next = NULL;
	return OK;
}

Status ClearList(LinkList* L)
{
	LinkList p, q;

	p = (*L)->next;
	while (p != NULL) 
	{	
		q = p->next;
		free(p);
		p = q;
	}
	(*L)->next = NULL;
	return OK;
}

Status isListEmpty(LinkList L)
{
	if (L->next  == NULL) return TRUE;
	return FALSE;
}


int ListLength(LinkList L)
{
	int num{ 0 };
	LinkList temp = L->next;
	while (temp != NULL)
	{
		temp = temp->next;
		num++;
	}
	return num;
}

Status GetElem(LinkList L, int i, ElemType* e)
{
	int num{ 1 };
	LinkList temp = L->next;
	while (temp != NULL && num < i)
	{
		temp = temp->next;
		num++;
	}	
	if (temp == NULL || num > i) return ERROR;
	*e = temp->data;
}

int LocateElem(LinkList L, ElemType* e)
{
	int num{ 0 };
	LinkList temp = L->next;
	while (temp != NULL)
	{
		num++;
		if (temp->data = *e)
		{
			return num;
		}
		temp = temp->next;
	}
	return 0;
}

Status LinkInsert(LinkList* L, int i, ElemType e)
{
	int j;
	LinkList p, s;
	p = *L;
	j = 1;

	while (p != NULL && j < i)
	{
		p = p->next;
		++j;
	}	
	if (!p || j > i) return ERROR;

	s = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
	if (s == NULL) return ERROR;
	s->data = e;
	
	s->next = p->next;
	p->next = s;
	
	return OK;

}

Status LinkDelete(LinkList* L, int i, ElemType* e)
{
	int j;
	LinkList p, s;
	j = 1;
	p = (*L);
 	while (p != NULL && j < i)
	{
		p = p->next;
		++j;
	}
	if (!p || j > i) return ERROR;

	s = p->next;
	p->next = s->next;
	*e = s->data;
	free(s);
	return OK;
}

Status ListTraverse(LinkList L)
{
	LinkList p = L->next;
	while (p != NULL)
	{
		visit(p->data);
		p = p->next;
	} 
	printf("\n");
	return OK;
}

Status CreateListHead(LinkList* L,int n)
{
	LinkList p;
	srand((unsigned)time(0));
	*L = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
	if (*L == NULL) return ERROR;
	(*L)->next = NULL;
	for (int i = 0; i < n; i++)
	{
		p = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
		if (p == NULL) return ERROR;
		p->data = rand() % 100 + 1;
		p->next = (*L)->next;
		(*L)->next = p;
	}
	return OK;
}

Status CreateListTail(LinkList* L,int n)
{
	LinkList p, r;
	srand((unsigned)time(0));
	*L = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
	if (*L == NULL) return ERROR;
	(*L)->next = NULL;
	r = (*L);
	for (int i = 0; i < n; i++)
	{
		p = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
		if (p == NULL) return ERROR;
		p->data = rand() % 100 + 1;
		r->next = p;
		r = p;
	}
	return OK;
}







int TestSingleList()
{
	LinkList L;
	ElemType e;
	Status ret;
	int j, k;
	// 初始化
	ret = InitList(&L);
	printf("初始化长度：%d\n", ListLength(L));

	for(j = 1; j <= 5; j++)
	{
		ret = LinkInsert(&L, 1, j);
	}
	printf("插入5个元素后：");
	ListTraverse(L);
	ret = isListEmpty(L);
	printf("是否为空，%d\n", ret);
	ret = ClearList(&L);
	printf("清空后的长度：%d\n", ListLength(L));
	printf("是否为空，%d\n", ret);
	for (j = 1; j <= 10; j++)
	{
		ret = LinkInsert(&L, j, j);
	}
	printf("插入10个元素后：");
	ListTraverse(L);

	LinkInsert(&L, 3, 100);
	printf("在第2个节点后面增加元素100：");
	ListTraverse(L);

	LinkDelete(&L, 2, &e);
	printf("删除第二个节点,节点元素为%d :", e);
	ListTraverse(L);

	ClearList(&L);

	return 0;
}

int main()
{
	return TestSingleList();
}

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