目录
一、单链表的定义及其特点
定义
特点
二、单链表的实现
准备工作:
1.单链表的创建
1.1头插法介绍
1.2尾插法介绍
总结:
2.单链表的初始化
3.单链表的求表长
4.单链表的销毁
5.单链表的插入
6.单链表的查找
6.1按序查找
6.2按值查找
7.单链表的删除元素
全部代码:
结语:
一、单链表的定义及其特点
定义
单链表(Singly Linked List)是一种基本的数据结构,它由一系列节点组成,每个节点包含两部分:数据域和指针域。数据域用于存储实际的数据,而指针域则存储指向链表中下一个节点的地址。在单链表中,除了最后一个节点外,每个节点的指针域都指向下一个节点,最后一个节点的指针域通常设置为NULL
,以标识链表的结束。单链表的特点是其存储不需要连续的内存空间,节点可以分散在内存中的任意位置,通过指针连接形成线性结构。
特点
-
动态存储:单链表的长度可以动态变化,可以根据需要动态地添加或删除节点。
-
非连续存储:节点在内存中的位置不需要连续,只需通过指针连接即可。
-
易于插入和删除:在单链表中插入或删除节点只需修改相应节点的指针,时间复杂度为O(1),但前提是能够快速访问到要操作的节点或其前驱节点。
-
不支持随机访问:访问单链表中的特定节点需要从头节点开始逐个遍历,时间复杂度为O(n)。
-
额外空间存储指针:每个节点除了存储数据外,还需要额外的空间来存储指向下一个节点的指针。
-
头指针:单链表通常有一个头指针,用于访问链表的第一个节点。头指针可能指向头节点(头节点包含数据)或直接指向第一个实际数据节点(头节点不存储数据)。
二、单链表的实现
准备工作:
自定义数据元素类型:
typedef int ElemType;
结构体:
typedef struct LNode
{
ElemType data;//数据域
struct LNode* next;//指针域
}LinkNode;
1.单链表的创建
单链表的创建通常涉及两种主要的插入方法:头插法和尾插法。
1.1头插法介绍
定义
头插法指的是在单链表的头部插入节点。新节点的指针将指向当前的头节点,然后更新头指针以指向新节点。
特点
- 实现简单,插入操作时间复杂度为O(1)。
- 但链表元素的顺序与插入顺序相反,如果需要保持原有顺序,需要在插入后进行反转
大致实现步骤:
- 创建新节点。
- 将新节点的
next
指针设置为头指针所指向的节点。 - 更新头指针,使其指向新节点。
代码:整体建立单链表,给定数组
void CreateListF(LinkNode *&L,ElemType a[],int n)
{
LinkNode * s; //新节点
L = (LinkNode*)malloc(sizeof(LinkNode));//创建头节点
L->next = NULL;//头节点初始化
for (int i = 0; i < n; i++)
{
s = (LinkNode*)malloc(sizeof(LinkNode));//新节点创建
s->data = a[i];// 初始化
s->next = L->next;
L->next = s;
}
}
1.2尾插法介绍
定义
尾插法指的是在单链表的尾部插入节点。此方法下,新节点成为链表的最后一个节点。
特点
- 插入操作的时间复杂度为O(n),因为可能需要遍历整个链表。
- 保持了数据的插入顺序,链表元素的顺序与插入顺序一致。
大致实现步骤:
- 创建新节点。
- 如果链表为空,新节点同时作为头节点和尾节点。
- 如果链表非空,遍历链表找到尾节点,将尾节点的
next
指针指向新节点。
代码:整体建立单链表,给定数组
//<2>尾插法建立单链表
void CreateListR(LinkNode*& L, ElemType a[], int n)
{
LinkNode* r, * s;//尾指针和新的节点指针
L = (LinkNode*)malloc(sizeof(LinkNode));
r = L; //r始终指向尾节点,初始指向L
for (int i = 0; i < n; i++)
{
s = (LinkNode*)malloc(sizeof(LinkNode));//新节点创建和初始化
s->data = a[i];
r->next = s;//将节点s插入到r后面
r = s;
}
r->next = NULL; //尾节点的next域置为NULL
}
总结:
头插法和尾插法各有优劣,选择哪种方法取决于具体的应用场景。如果需要快速插入节点且不关心元素的顺序,头插法是更好的选择。反之,如果要保持元素的插入顺序,尾插法则更为合适。在实际应用中,根据需求灵活选择插入方法,可以更高效地创建和管理单链表。
2.单链表的初始化
创建一个头结点,并将其头结点的next域置空
void InitList(LinkNode*&L)
{
L = (LinkNode*)malloc(sizeof(LinkNode));
L->next = NULL;
}
3.单链表的求表长
用p指向头结点,用n来累计数据节点的个数,n初始值为0;
int ListLength(LinkNode *L)
{
int n = 0;
LinkNode* p = L;
while (p->next != NULL)
{
n++;
p = p->next;
}
return n;
}
4.单链表的销毁
实现步骤:
1. pre 和 p指向相邻的节点,初始pre 指向头结点,p指向首个数据节点。
2.p不为空时循环,释放pre节点,然后pre 和p 俩个节点后移。
3. 循环结束后pre指向尾节点,将其释放
代码:
/*【3】基本运算 ----销毁*/
void DestoryList(LinkNode*& L)
{
LinkNode* pre = L;
LinkNode* p = L->next;//pre指向p的前驱节点
while (p != NULL) //遍历单链表L
{
free(pre);//释放前驱节点
pre = p; //移动
p = pre->next;
}
free(pre); //循环结束,p为NULLL,pre指向尾节点,释放它
}
5.单链表的插入
给定单链表L ,在第i个位置插入节点s,值为e。
实现步骤:
1.在单链表L中找到第i-1个结点,由p指向他
2.若存在该结点,将值为e的s结点插入p节点的后面。
代码:
/*【7】基本运算 ----插入 在第i个位置前面插入节点, p指向第i-1个节点,将s节点插入p后面 */
bool ListInsert(LinkNode*& L, int i, ElemType e)
{
int j = 0;
if (i <= 0)return false;
LinkNode* s, * p=L;
while (j < i-1 && p != NULL)//寻找i-1的节点,然后由p指向它
{
j++;
p = p->next;
}
if (p == NULL)//未找到·返回false
{
return false;
}
else
{
s = (LinkNode*)malloc(sizeof(LinkNode));
s->data = e;
s->next = p->next;//将新节点插入到p之后(i-1的节点)
p->next = s;
return true;
}
}
6.单链表的查找
6.1按序查找
实现步骤:
1. p指向头结点,用j来累计遍历过的数据结点的个数(初始值为0),当j<i且不为空时循环:j增1,p指向下一个结点。
2. 循环结束后有两种情况,若为空,表示单链表L中没有第i个数据结点(参数i错误),返回false;否则找到第i个数据结点力,提取它的值并返回true。
代码:
/<2>按序号求线性表中的元素,给定单链表L,查找第i个节点的元素值,提取到e,存在返回true 否则返回false
bool GetElem(LinkNode* L, int i, ElemType& e)
{
LinkNode* p = L;//p指向头结点i,j置为0,即头节点序号为0
int j = 0;
if (i < 0)return false;
while (j < i && p != NULL)
{
j++;
p = p->next;
}
if (p == NULL)//不存在第 i 个数据节点,返回false
{
return false;
}
else//存在,取值 并返回true
{
e = p->data;
return true;
}
}
6.2按值查找
在单链表L中从头开始找到第一个值域为e的结点,找到返回逻辑序号,否则返回0
实现步骤:
代码:
//<1>按元素查找节点的序号 给定单链表 L 查找值为e的节点的序号i,存在返回该序号,否则返回0
int LocateElem(LinkNode* L, ElemType e)
{
LinkNode* p = L->next;
int n = 1; //逻辑序号,首节点位置为1
while (p->next != NULL && p->data != e)//查找该节点
{
n++;
p = p->next;
}
if (p == NULL)//不存在元素为e的节点
{
return 0;
}
else //存在,返回逻辑序号n
{
return n;
}
}
7.单链表的删除元素
给定单链表L,删除第i个节点,并将删除节点的值带回,p指向第i-1个节点,q为第i个节点,*/
实现步骤:
1.在单链表L中找到第i一1个结点,由p指向它。
2.若存在这样结点,且也存在后继结点(由q指向它),则删除通过结点pq所指的结点,返回true;否则回false,表示参数i错误。
代码:
/*【8】基本运算 ---- 删除 ,给定L,删除第i个节点,并将删除节点的值带回p指向第i-1个节点,q为第i个节点,*/
bool ListDelete(LinkNode*& L, int i, ElemType& e)
{
int j = 0;
LinkNode* q, * p = L;
if (i <= 0)return false;
while (j < i - 1 && p != NULL)
{
j++;
p = p->next;
}
if (p == NULL)//没有找到第i-1个节点 返回false
{
return false;
}
else//找到第i-1和节点 ,进行删除操作
{
q = p->next;//q指向第i个节点
if (q == NULL)return false; //这个容易忽略,我们也因该判断第i个元素是否为空
e = q->data;
p->next = q->next;
free(q);
return true;
}
}
全部代码:
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
typedef int ElemType;
typedef struct LNode
{
ElemType data;//数据域
struct LNode* next;//指针域
}LinkNode;
/*【1】整体建立单链表 给定数组a[n] */
//<1>头插法建立单链表
void CreateListF(LinkNode *&L,ElemType a[],int n)
{
LinkNode * s; //新节点
L = (LinkNode*)malloc(sizeof(LinkNode));//创建头节点
L->next = NULL;//头节点初始化
for (int i = 0; i < n; i++)
{
s = (LinkNode*)malloc(sizeof(LinkNode));//新节点创建
s->data = a[i];// 初始化
s->next = L->next;
L->next = s;
}
}
//<2>尾插法建立单链表
void CreateListR(LinkNode*& L, ElemType a[], int n)
{
LinkNode* r, * s;//尾指针和新的节点指针
L = (LinkNode*)malloc(sizeof(LinkNode));
r = L; //r始终指向尾节点,初始指向L
for (int i = 0; i < n; i++)
{
s = (LinkNode*)malloc(sizeof(LinkNode));//新节点创建和初始化
s->data = a[i];
r->next = s;//将节点s插入到r后面
r = s;
}
r->next = NULL; //尾节点的next域置为NULL
}
/*【2】基本运算 ----初始化*/
void InitList(LinkNode*&L)
{
L = (LinkNode*)malloc(sizeof(LinkNode));
L->next = NULL;
}
/*【3】基本运算 ----销毁*/
void DestoryList(LinkNode*& L)
{
LinkNode* pre = L;
LinkNode* p = L->next;//pre指向p的前驱节点
while (p != NULL) //遍历单链表L
{
free(pre);//释放前驱节点
pre = p; //移动
p = pre->next;
}
free(pre); //循环结束,p为NULLL,pre指向尾节点,释放它
}
/*【4】基本运算 ----求表的长度*/
int ListLength(LinkNode *L)
{
int n = 0;
LinkNode* p = L;
while (p->next != NULL)
{
n++;
p = p->next;
}
return n;
}
/*【5】基本运算 ----输出线性表*/
void printLinkNode(LinkNode* L)
{
LinkNode* p = L->next;//指向头节点的下一个节点,头节点不存放数据
while (p!= NULL)
{
printf("%d->", p->data);
p = p->next;
}
printf("end\n");
}
/*【6】基本运算 ----查找 */
//<1>按元素查找节点的序号 给定单链表 L 查找值为e的节点的序号i,存在返回该序号,否则返回0
int LocateElem(LinkNode* L, ElemType e)
{
LinkNode* p = L->next;
int n = 1; //逻辑序号,首节点位置为1
while (p->next != NULL && p->data != e)//查找该节点
{
n++;
p = p->next;
}
if (p == NULL)//不存在元素为e的节点
{
return 0;
}
else //存在,返回逻辑序号n
{
return n;
}
}
//<2>按序号求线性表中的元素,给定单链表L,查找第i个节点的元素值,提取到e,存在返回true 否则返回false
bool GetElem(LinkNode* L, int i, ElemType& e)
{
LinkNode* p = L;//p指向头结点i,j置为0,即头节点序号为0
int j = 0;
if (i < 0)return false;
while (j < i && p != NULL)
{
j++;
p = p->next;
}
if (p == NULL)//不存在第 i 个数据节点,返回false
{
return false;
}
else//存在,取值 并返回true
{
e = p->data;
return true;
}
}
/*【7】基本运算 ----插入 在第i个位置前面插入节点, p指向第i-1个节点,将s节点插入p后面 */
bool ListInsert(LinkNode*& L, int i, ElemType e)
{
int j = 0;
if (i <= 0)return false;
LinkNode* s, * p=L;
while (j < i-1 && p != NULL)//寻找i-1的节点,然后由p指向它
{
j++;
p = p->next;
}
if (p == NULL)//未找到·返回false
{
return false;
}
else
{
s = (LinkNode*)malloc(sizeof(LinkNode));
s->data = e;
s->next = p->next;//将新节点插入到p之后(i-1的节点)
p->next = s;
return true;
}
}
/*【8】基本运算 ---- 删除 ,给定L,删除第i个节点,并将删除节点的值带回p指向第i-1个节点,q为第i个节点,*/
bool ListDelete(LinkNode*& L, int i, ElemType& e)
{
int j = 0;
LinkNode* q, * p = L;
if (i <= 0)return false;
while (j < i - 1 && p != NULL)
{
j++;
p = p->next;
}
if (p == NULL)//没有找到第i-1个节点 返回false
{
return false;
}
else//找到第i-1和节点 ,进行删除操作
{
q = p->next;//q指向第i个节点
if (q == NULL)return false; //这个容易忽略,我们也因该判断第i个元素是否为空
e = q->data;
p->next = q->next;
free(q);
return true;
}
}
int main()
{
int a[5];
int b[5] = { 1,2,3,4,5 };
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
scanf_s("%d", &a[i]);
}
//用数组创建单链表
LinkNode * L1;
LinkNode * L2;
CreateListF(L1, a,5); //头插法
CreateListR(L2, b,5);//尾插法
printLinkNode(L1);//输出单链表
printLinkNode(L2);//输出单链表
//按值查找,返回序号
printf("L2 's number 5 is in the %d position\n", LocateElem(L2, 5));
printf("L2 's number 3 is in the %d position\n", LocateElem(L2, 3));
//按序号查找元素值
int e1, e2;
if(GetElem(L1,5,e1))
{
printf("The value at the 5 position of the L1 is %d\n", e1);
}
if (GetElem(L1, 1, e2))
{
printf("The value at the 1 position of the L1 is %d\n", e2);
}
//插入元素,插入到第i 个位置
ListInsert(L1,5,6);
printLinkNode(L1);//输出单链表
ListInsert(L2, 1, 2);
printLinkNode(L2);//输出单链表
//删除元素
int e = 0;
if (ListDelete(L1,5,e))
{
printf("删除成功,删除的值为%d\n",e);
}
else
{
printf("删除失败,节点不存在");
}
printLinkNode(L1);//输出单链表
DestoryList(L1);
DestoryList(L2);
return 0;
}
结语:
单链表的实现,不仅是一次理论与实践的完美结合,更是一个程序员逻辑思维与动手能力的双重考验。通过对单链表的深入理解与实现,我们不仅掌握了数据结构的精髓,更在编程的道路上迈出了坚实的一步。未来,无论是面对复杂的数据处理,还是高效算法的设计,单链表都将成为我们手中得心应手的工具,助力我们在编程的世界里自由翱翔。