数据结构之 “单链表“

news2024/11/15 11:28:29

（1）在顺表表中，如果是头插/删的时间复杂度是O(1)；尾插/删的时间复杂度是O(N)
（2）增容一般是呈2倍的增长，势必会有一定的空间浪费。比如：申请了50个空间，只用了两个？(链表可以解决空间浪费的问题)

这一章节的内容是关于单链表。

文章目录

  • 1. 链表
  • 2. 单链表
    • 1. 单链表的概念
    • 2. 单链表的实现
      • 2.1 尾插
      • 2.2 头插
      • 2.3 尾删
      • 2.4 头删
      • 2.5 查找
      • 2.3 特定位置（之前/之后）插入
      • 2.6删除特定位置pos处的结点
      • 2.7 删除pos之后的结点
      • 2.8 销毁链表

1. 链表

链表也是线性表的一种。我们仍然从物理结构和线性结构来分析
(1)物理结构(真实)：不是线性
(2)线性结构(想象)：线性

重点：链表是由一个一个的结点连接起来的。每次创建一个结点，不存在浪费的情况。
一个结点里面存储的是：数据+下一个结点的地址。

链表里的结点，它们的地址不是连续的，而是靠(存储的地址)连接起来的。
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

(3)在链表中，没有增容的概念。如果要增加数据，直接再申请一个结点大小的空间即可。

2. 单链表

1. 单链表的概念

单链表的全称是”不带头,单向,不循环链表“。

  1. 单链表的定义：在.h里

在这里插入图片描述
（1）创建链表—>在test.c里

这个方法只是示范一下，平常创建链表并不会像这么麻烦。
在初始情况下，链表是空链表，只有一个结点，指向NULL，之后尾插即可达到申请结点的结果。

//这个是写在test.c的内容

#include"SLTNode.h"
//创建链表
void creatListNode()
{
	//使用malloc记得写头文件stdlib
	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;

	node1->next = node2;
	node2->next = node3;
	node3->next = NULL;
}

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

在这里插入图片描述
（2）打印链表出来看看
在这里插入图片描述

2. 单链表的实现

2.1 尾插

不管是头插还是尾插，都需要再申请一个结点大小的空间，所以可以将它封装为一个函数，之后调用即可。

尾插比较简单，有两种可能。

1.链表不为空。最后一个结点的next指向NULL，我们只需将 (最后一个结点的next) 指向 (想插入的结点的地址newnode) 即可。

2.链表为空，就不用找结点了。在刚开始时，我们创建了链表struct SLTNode，这是空链表，只有一个头结点(phead)指向NULL，我们将phead->next指向newnode即可

注意在尾插时传过去的是地址，这样形参的改变可以改掉实参。

//SLTNode.h里的内容

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

//定义链表的结点
typedef int SLTDataType;
typedef struct SLTNode
{
	SLTDataType data;
	struct SLTNode* next;
}SLTNode;

//申请新结点
SLTNode* SLTBuyNode(SLTDataType x);

//尾插
void SLTPushBack(SLTNode** pphead,SLTDataType x);


//打印链表
void SLTPrint(SLTNode* phead);


//SLTNode.c里面的内容

#include"SLTNode.h"
//用于打印链表的函数的定义
void SLTPrint(SLTNode* phead)
{
	SLTNode* pcur = phead;
	while (pcur)
	{
		printf("%d(地址:%p) -> ",
		    pcur->data, pcur->next);
		pcur = pcur->next;
	}
	printf("NULL");
}

//用于申请新结点的函数的定义
SLTNode* SLTBuyNode(SLTDataType x)
{
	SLTNode* node = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	
	//判断一下是否申请成功
	if (node == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 1;
	}
	node->next = NULL;
	node->data = x;
	return node;
}

//尾插函数的定义         pphead是第一个结点指针的地址（地址的地址）
void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
	//先申请新结点
	SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);

	//链表为空
	if (*pphead == NULL)        //*pphead是第一个结点的指针
	{
		*pphead = newnode;
	}
	else  //链表不为空
	{
	  //接下来将尾结点->next指向newnode
	  //找尾结点不能用phead直接遍历找到尾结点，因为这样的话就找不到第一个结点了(单链表只能往后)我们需要重新申请一个来存放第一个结点的地址)
		SLTNode* pcur = *pphead;
		while (pcur->next)         //不为NULL时可进入循环
		{
			pcur = pcur->next;     //将指针pcur里存放成下一个结点的地址
		}
		//出循环表示pcur是尾结点地址，将它的next修改
		pcur->next = newnode;
	}
	

}  

//test.c的内容

#include"SLTNode.h"
void SLTtest01()
{
	SLTNode* plist = NULL;

	SLTPushBack(&plist, 1);
	SLTPrint(plist);

	SLTPushBack(&plist, 2);
	SLTPrint(plist);


	SLTPushBack(&plist, 3);
	SLTPrint(plist);
}

int main()
{
	SLTtest01();
	return 0;
}

2.2 头插

1.头插仍然是将pphead（地址）传过去
2.头插是将申请的结点的next指向第一个结点的地址。即 newnode->next =* pphead
3.记得最后将*pphead移到新结点处

void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
	assert(pphead);   //已经头插了，那传过来的参数指定不能为空
	SLTNode* newnode=SLTBuyNode(x);
	newnode->next = *pphead;
	*pphead = newnode;

}

2.3 尾删

尾删：链表不可以为空。

在尾删时，不能直接将最后一个结点释放再置为空，因为我们还需要找到倒数第二个结点，将它的next改为NULL。

还有可能遇见只有一个结点的情况，我们直接把它释放置为空即可。

方法：
（1）创建一个ptail，遍历，使之成为倒数第二个结点，即ptail->next->next=NULL;,将ptail->next指向空。再将ptail往后走成为最后一个结点，将其释放。

void SLTPopBack(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);  //传过来的参数不能为空，链表不能为空
	if((*pphead)->next==NULL)
	{
	    free(*pphead);
	    *pphead=NULL;
	 }
	 else{
	 	SLTNode* ptail = *pphead;
	    while (ptail->next->next)
	    {
		    ptail = ptail->next;
	    }  
	    ptail->next = NULL;
	    ptail = ptail->next;
	    free(ptail);
	    ptail = NULL;
     } 
}

（2）将prev一直是ptail的前一个

void SLTPopBack(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);  //传过来的参数不能为空，链表不能为空
	if((*pphead)->next==NULL)
	{
	    free(*pphead);
	    *pphead=NULL;
	 }
	else{
	   SLTNode* ptail = *pphead;
	   SLTNode* prev = NULL;
	   while (ptail->next)
	   {
		   prev = ptail;            //第一次时，prev=*pphead
		   ptail = ptail->next;     //第一次循环时，ptail=第二个结点的指针
	   }                            //当ptail->next=NULL时，ptail最后一个，prev是倒数第二个
	   prev->next = NULL;
	   free(ptail);
	   ptail = NULL;
   }
}

2.4 头删

头删同样需要断言。

要是删除第一个结点，那么第二个结点等一下就找不到了，我们应该先将第二个结点存起来。再将*pphead释放，再将 * pphead指向第二个结点

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

2.5 查找

不用传地址过去，并不希望在查找时不小心将内容修改

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

在这里插入图片描述

2.3 特定位置（之前/之后）插入

  1. 在特定位置之前插入，那插入这个数据会影响谁呢？（需要第一个结点）

在这里插入图片描述
由图可知：prev->next 将会被影响。

但是如何可以找到prev呢?单链表只能从前往后找，并不能从pos往前找。

我们可以采用循环，直到 xxxx->next == pos为止。当满足这个条件时，xxxx就是prev。

注意：在插入时，链表phead可以为空，但参数pphead不能为空。pos也不能为空

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

//SLTNode.h里的内容
void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)；

//SLTNode.c里的内容
void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pphead);
	assert(pos);


	//如果pos是第一个结点，那么这就变成头插了
	if (pos == *pphead)
	{
		SLTPushFront(*pphead, x);
	}

	else
	{
		SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);  //新结点
		SLTNode* prev = *pphead;           //先让prev是第一个结点的指针
		while (prev->next!=pos)            //循环让prev=pos前一个结点指针
		{
			prev = prev->next;
		}
		prev->next = newnode;             //让prev的下一个是新结点
		newnode->next = pos;
	}
}

//test.c里的内容

//通过x找到pos
SLTNode* find = SLTFind(plist, 2);
SLTInsert(&plist, find, 9);
  1. 在特定位置之后插入（不需要第一个结点）
    在这里插入图片描述

在“特定位置之后插入”的函数的参数中，并没有第一个结点的地址，为什么呢？

我们已经知道了pos这个地址，可以直接找到它的下一个结点的地址，并不需要通过头结点一个一个往后找。

void SLTInsertAfter(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pphead&&pos);
	//如果是空链表
	if (*pphead == NULL)
	{
		SLTPushBack(*pphead, x);
	}
	//不是空链表
	else
	{
		SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);  //新结点
		SLTNode* Next = pos->next;  //pos的下一个结点
		pos->next = newnode;
		newnode->next = Next;
	}
}

2.6删除特定位置pos处的结点

需要修改pos前一个结点 (prev) 的next
在这里插入图片描述

//删除pos结点
void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
	assert(pphead && *pphead);
	assert(pos);

	//头删
	if (pos == *pphead)
	{
		SLTPopFront(pphead);
	}
	else
	{
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}
		//prev pos pos->next
		prev->next = pos->next;
		free(pos);
		pos = NULL;
	}
}

2.7 删除pos之后的结点

//删除pos之后的结点
void SLTEraseAfter(SLTNode* pos)
{
	assert(pos && pos->next);

	//pos pos->next pos->next->next
	SLTNode* del = pos->next;
	pos->next = pos->next->next;
	free(del);
	del = NULL;
}

2.8 销毁链表

//销毁链表
void SListDestroy(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);

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

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