数据结构入门——03链表

news2024/9/21 10:55:55

1. 链表的结构

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。

结点的data域存放数据元素ai，而next域是一个指针，指向ai的直接后继ai+1所在的结点。

1.1链表的分类

实际中要实现的链表的结构非常多样，以下情况组合起来就有8种链表结构：

  • 单向

  • 双向

  • 不带头

  • 带头

  • 循环

  • 非循环

实际中常用的两种结构 

  • 无头单向循环链表

 无头单向循环链表结构简单，一般不会单独存储数据，更多的是作为其他数据结构的子结构。

  • 带头双向循环链表

带头双向循环链表最为复杂，可以单独存储数据，是实际使用中链表结构。虽然结构复杂，但是使用方便。

2. 无头单向循环链表的实现

2.0无头单向循环链表的表示

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

2.1 动态申请一个节点

// 动态申请一个节点
SListNode* BuySListNode(SLTDataType x)
{
	SListNode* newnode = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		printf("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	else
	{
		newnode->data = x;
		newnode->next = NULL;
	}

	return newnode;
}

2.2 单链表打印

// 单链表打印
void SListPrint(SListNode* phead)
{
	SListNode* cur = phead;
	while (cur != NULL)
	{
		printf("%d->", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("NULL\n");
}

2.3 单链表尾插

// 单链表尾插
void SListPushBack(SListNode** pphead, SLTDataType x)
{
	assert(pphead);

	SListNode* newnode = BuySListNode(x);
	if (*pphead == NULL)
	{
		*pphead = newnode;
	}
	else
	{
		// 找尾
		SListNode* tail = *pphead;
		while (tail->next != NULL)
		{
			tail = tail->next;
		}

		tail->next = newnode;

		// 错误写法，这里没有链接起来
		/*SListNode* tail = *pphead;
		while (tail != NULL)
		{
		tail = tail->next;
		}

		tail = newnode;*/
	}
}

2.4 单链表的头插

// 单链表的头插
void SListPushFront(SListNode** pphead, SLTDataType x)
{
	assert(pphead);

	SListNode* newnode = BuySListNode(x);
	newnode->next = *pphead;
	*pphead = newnode;
}

2.5 单链表的尾删

// 单链表的尾删
void SListPopBack(SListNode** pphead)
{
	assert(pphead);

	// 也可以暴力检查为空的情况
	//assert(*pphead != NULL);

	// 1、空
	// 2、一个节点
	// 3、多个节点
	if (*pphead == NULL)  // 温柔检查
	{
		return;
	}
	else if ((*pphead)->next == NULL)
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
	else
	{
		/*SListNode* prev = NULL;
		SListNode* tail = *pphead;
		while (tail->next != NULL)
		{
		prev = tail;
		tail = tail->next;
		}

		free(tail);
		tail = NULL;
		prev->next = NULL;*/

		SListNode* tail = *pphead;
		while (tail->next->next != NULL)
		{
			tail = tail->next;
		}

		free(tail->next);
		tail->next = NULL;
	}	
}

2.6 单链表头删

// 单链表头删
void SListPopFront(SListNode** pphead)
{
	assert(pphead);

	// 1、空
	// 2、非空
	if (*pphead == NULL)
	{
		return;
	}
	else
	{
		SListNode* next = (*pphead)->next;
		free(*pphead);
		*pphead = next;
	}
}

2.7 单链表查找

// 单链表查找
SListNode* SListFind(SListNode* phead, SLTDataType x)
{
	SListNode* cur = phead;
	while (cur != NULL)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}

		cur = cur->next;
	}

	return NULL;
}

2.8 单链表在pos位置之前插入x

// 单链表在pos位置之前插入x
void SListInsert(SListNode** pphead, SListNode* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pphead);
	assert(pos);

	// 1、pos是第一个节点
	// 2、pos不是第一个节点
	if (pos == *pphead)
	{
		SListPushFront(pphead, x);
	}
	else
	{
		SListNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}

		SListNode* newnode = BuySListNode(x);
		prev->next = newnode;
		newnode->next = pos;
	}
}


// 单链表在pos位置之后插入x
void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pos);
	//SListNode* next = pos->next;
	//SListNode* newnode = BuySListNode(x);

	//pos->next = newnode;
	//newnode->next = next;

	SListNode* newnode = BuySListNode(x);
	newnode->next = pos->next;
	pos->next = newnode;
}

2.9 单链表删除pos位置的值

// 单链表删除pos位置的值
void SListErase(SListNode** pphead, SListNode* pos)
{
	assert(pphead);
	assert(pos);

	if (*pphead == pos)
	{
		SListPopFront(pphead);
	}
	else
	{
		SListNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}

		prev->next = pos->next;
		free(pos);
		pos = NULL;
	}
}

// 单链表删除pos位置后的值
void SListEraseAfter(SListNode* pos)
{
	assert(pos);

	SListNode* next = pos->next;
	if (next)
	{
		pos->next = next->next;
		free(next);
		next = NULL;
	}
}

2.10销毁链表

void SListDestroy(SListNode** pphead)
{
	assert(pphead);

	SListNode* cur = *pphead;
	while (cur)
	{
		SListNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}

	*pphead = NULL;
}

3. 带头双向循环链表的实现

3.0 带头双向循环链表的表示

typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
	LTDataType data;
	struct ListNode* next;
	struct ListNode* prev;
}LTNode;

3.1双向链表初始化

//链表初始化
LTNode* ListInit()
{
	LTNode* phead = BuyLTNode(0);
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;

	return phead;
}

3.1创建新结点

// 创建返回链表的头结点.
LTNode* BuyLTNode(LTDataType x)
{
	LTNode* newnode = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		printf("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}

	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	newnode->prev = NULL;
	return newnode;
}

3.2双向链表销毁

// 双向链表销毁
void ListDestory(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		LTNode* next = cur->next;
		//ListErase(cur);
		free(cur);
		cur = next;
	}

	free(phead);
	//phead = NULL;
}

3.3双向链表打印

// 双向链表打印
void ListPrint(LTNode* phead)
{
	assert(phead);

	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		printf("%d ", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n\n");
}

3.4双向链表尾插

// 双向链表尾插
void ListPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	//LTNode* tail = phead->prev;
	//LTNode* newnode = BuyLTNode(x);

	//tail->next = newnode;
	//newnode->prev = tail;

	//newnode->next = phead;
	//phead->prev = newnode;

	ListInsert(phead, x);
}

3.5双向链表尾删

// 双向链表尾删
void ListPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	// 链表为空
	assert(phead->next != phead);

	/*	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* tailPrev = tail->prev;

	free(tail);
	tail = NULL;

	tailPrev->next = phead;
	phead->prev = tailPrev;*/

	ListErase(phead->prev);
}

3.6 双向链表头插

// 双向链表头插
void ListPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	ListInsert(phead->next, x);
}

3.7 双向链表头删

// 双向链表头删
void ListPopFront(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);

	ListErase(phead->next);
}

3.8双向链表查找

// 双向链表查找
LTNode* ListFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}

		cur = cur->next;
	}

	return NULL;
}

3.9双向链表在pos的前面进行插入

// 双向链表在pos的前面进行插入
void ListInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);
	/*LTNode* newnode = BuyLTNode(x);
	pos->prev->next = newnode;
	newnode->prev = pos->prev;

	pos->prev = newnode;
	newnode->next = pos;*/

	LTNode* newnode = BuyLTNode(x);
	LTNode* posPrev = pos->prev;

	newnode->next = pos;
	pos->prev = newnode;
	posPrev->next = newnode;
	newnode->prev = posPrev;
}

3.10双向链表删除pos位置的节点

// 双向链表删除pos位置的节点
void ListErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);

	LTNode* prev = pos->prev;
	LTNode* next = pos->next;

	free(pos);
	pos = NULL;

	prev->next = next;
	next->prev = prev;
}

4.顺序表和链表的优缺点

4.1顺序表

优点：
        空间利用率高、支持随机访问。
缺点：

  1. 中间或前面部分的插入删除时间复杂度O(N)，要移动大量元素。
  2. 增容的代价比较大，需要连续内存空间，难以扩展。

 4.2链表
 

优点：

  1. 任意位置插入删除时间复杂度为O(1)。
  2. 没有增容消耗，按需申请节点空间，内存利用灵活，不用了直接释放。

 缺点：
        以节点为单位存储，不支持随机访问。

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