【初阶数据结构】线性表之单链表

文章目录

前言

一、单链表的概念与结构

1.概念

2.结点

3.性质

二、实现单链表

1.结构的定义

2.链表的打印和结点的申请

3.单链表的尾插和头插

4.单链表的尾删和头删

5.单链表的查找

6.指定位置之前插入数据和指定位置之后插入数据

7.删除pos结点和删除pos之后的结点

8.单链表的销毁

总结

前言

各位好久不见，今天我将给大家更新线性表中的单链表，内容较多，希望大家能耐心地看完这篇博客。话不多说，接下来我详细介绍单链表。

一、单链表的概念与结构

1.概念

概念：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。

就比如，在生活中，我们坐火车去景点游玩，而火车就是一节一节的，淡季时车次的车厢会相应减少，旺季时车次的车厢会额外增加几节。只需要将火车里的某节车厢去掉加上，不会影响其他车厢，每节车厢都是独立存在的。

在链表里，每节“车厢”是什么样的呢？

链表大致如图所示，链表是由一个一个结点前后相互连接而组成的。前一个节点通过存储后一个节点的地址来找到后一个节点，接下来细说结点的内容。

2.结点

定义：与顺序表不同的是，链表里的每节"车厢"都是独立申请下来的空间，我们称之为“节点/结点”。

结点有两个组成部分：1.保存的数据 2.保存下一个结点的地址（指针变量）

在上图中指针变量 plist 保存的是第一个结点的地址，我们称 plist 此时“指向”第一个结点，如果我们希望 plist “指向”第二个结点时，只需要修改 plist 保存的内容为 0x0012FFA0 。

链表中每个结点都是独立申请的（即需要插入数据时才去申请一块结点的空间），我们需要通过指针变量来保存下一个结点位置才能从当前结点找到下一个结点。

对单链表中一个结点的结构体的定义：

typedef int SLTDataType;
//定义链表结点的结构
typedef struct SListNode
{
	SLTDataType data;//存储的数据
	struct SListNode* next;//下一个结点的地址
}SLTNode;//结点结构体的名字,起方便的作用

3.性质

1、链式机构在逻辑上是连续的，在物理结构上不一定连续

2、结点一般是从堆上申请的

3、从堆上申请来的空间，链表的节点是malloc来实现；是按照⼀定策略分配出来的，每次申请的空间可能连续，可能不连续

4、当我们想要保存一个整型数据时，实际是向操作系统申请了一块内存，这个内存不仅要保存整型数据，也需要保存下一结点的地址（当下一个结点为空时保存的地址为空）。

5、当我们想要从第一个结点走到最后一个结点时，只需要在当前结点拿上下一个结点的地址就可以了。

二、实现单链表

1.结构的定义

在上面已介绍单链表中结点的结构定义，我们直接实现即可：

typedef int SLTDataType;
typedef struct SListNode
{
	SLTDataType data;
	struct SListNode* next;
}SLTNode;

2.链表的打印和结点的申请

链表的打印：

写打印的函数时，函数名取为SLTPrint，创建一个指针变量pcur，让其从链表的头结点开始遍历，可避免指针在指向下个一个结点的时候把头结点给丢失。

void SLTPrint(SLTNode* phead)
{
	SLTNode* pcur = phead;
	while (pcur!=NULL)
	{
		printf("%d ->", pcur->data);
		pcur = pcur->next;//指向下一个结点
	}
	printf("NULL\n");//表示最后一个结点的下一个结点为NULL
}

结点的申请：

在顺序表中，空间满就需要进行扩容，而在链表中结点的申请也是这种类似的效果。因此，我们需要对链表进行一个结点一个结点的增加来进行扩容。

在写结点的申请的函数时，函数名取为SLTBuyNode (向操作系统买下来一个结点进行扩容)，在上面单链表的性质中，我们可知创建新结点需要用malloc来实现，如果新结点==NULL 就申请失败就退出，反之申请成功就让存储的数据 (node->data) 为x，下一个结点的地址(node->next)为NULL，最后直接返回node即可。

SLTNode* SLTBuyNode(SLTDataType x)
{
	SLTNode* node = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	if (node == NULL)
	{
		perror("malloc fail!\n");
		exit(1);
	}
	node->data = x;
	node->next = NULL;
	return node;
}

3.单链表的尾插和头插

尾插：

尾插是在最后一个结点的后面插入一个有效数据。先在插入数据之前先向空间申请一个结点大小调用SLTBuyNode()即可。再判断链表是否为空，为空就直接插入即头结点就是新结点；不为空就创建一个变量指针 pcur 从头开始遍历，走到尾结点就让尾结点的下一个结点指向新结点(pcur->next=newnode)。

void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
	assert(pphead);
	SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
	if (*pphead == NULL)
	{
		*pphead = newnode;
	}
	else {
		//当链表是非空，找尾结点
		SLTNode* pcur = *pphead;
		while (pcur->next!=NULL)
		{
			pcur = pcur->next;
		}
		pcur->next = newnode;
	}

}

头插：

头插是在第一个结点前面插入一个数据，使数据指向第一个结点从而变成新的头结点。先操作系统申请一个结点调用SLTBuyNode()即可，先让新结点的下一个结点指向原来的头结点，这样原来的头结点直接变成新结点所以让新结点变成头结点即可。

void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
	assert(pphead);//断言一下，避免链表为空的情况下进行操作
	SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
	newnode->next = *pphead;
	*pphead = newnode;
}

4.单链表的尾删和头删

尾删：

尾删是在一串结点里把最后一个结点进行删除(释放)，并使倒数第二个结点指向NULL。先判断链表有一个结点和多个结点的情况：有一个结点时，直接对头结点进行释放再置为NULL；有多结点时，创建两个指针，一个 prev 用来保存尾结点的前一个结点，一个 ptail 从头开始遍历走到尾结点，对尾结点进行释放再置为NULL。

void SLTPopBack(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead&&* pphead);
	//只有一个结点的情况
	if ((*pphead)->next == NULL)
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
	else {
        //多结点的情况
		SLTNode* prev = NULL;
		SLTNode* ptail = *pphead;
		while (ptail->next)
		{
			prev = ptail;
			ptail = ptail->next;
		}
		prev->next = NULL;
		free(ptail);
		ptail = NULL;
	}
}

头删：

头删是在一串结点里把先把第二个结点保存下来再对第一个结点进行释放，并置NULL。先创建一个指针next，用next对头结点的下一个结点进行保存，再对头结点直接释放置为NULL，最后让头结点的下一个结点直接变成新的头结点。

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

5.单链表的查找

创建指针pcur，让pcur从头开始遍历，判断pcur指向的数据与查找的数据是否相同，如果相同就返回当前的节点；如果不相同让pcur指向下一个节点；循环结束完成都没找到则返回NULL。

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

6.指定位置之前插入数据和指定位置之后插入数据

指定位置之前插入数据：

创建两个指针，一个是prev从头开始遍历，一个是pos指定的位置；先判断头结点是不是指定位置，是就调用头删的函数，不是就让prev从头开始遍历直到prev->next为pos时就停止遍历；再让新节点的next指向pos,避免pos丢失；后让prev->next指向新节点。

void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pphead && pos);
	//当pos就是头结点时，相当于头插
	if (pos == *pphead)
	{
		SLTPushFront(pphead, x);//调用头插的函数
	}
	else {
		SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (prev->next!=pos)
		{
			prev = prev->next;
		}
		newnode->next = pos;
		prev->next = newnode;
	}
}

指定位置之后插入数据：

在指定位置之后插入数据之前先创建一个指针pos指定位置，不需要从头开始遍历，直接让新节点的next指向pos的next；再让pos的next指向newnode。

void SLTInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pos);
	SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
	//是在指定位置之后插入，因此是指向pos->next
	newnode->next = pos->next;
	pos->next = newnode;
}

7.删除pos结点和删除pos之后的结点

删除pos结点：

创建两个指针，一个是prev从头遍历，一个是pos指定位置先判断头结点是不是指定位置，是指定位置就调用头删的函数，不是指定位置就再让prev从头开始遍历；当prev->next等于pos时停止循环，开始对指定位置进行删除；再删除之前先对pos->next进行保留避免丢失，再对pos进行free后置为NULL。

void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
	assert(pphead && pos);
	if (pos == *pphead)
	{
		SLTPopFront(pphead);
	}
	else {
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}
		prev->next = pos->next;
		free(pos);
		pos = NULL;
	}
}

删除pos之后的结点：

创建一个指针pos，直接对pos后面的节点进行销毁。先保存pos->next，再对pos进行free后置为NULL。

void SLTEraseAfter(SLTNode* pos)
{
	assert(pos && pos->next);
	SLTNode* del = pos->next;
	pos->next = del->next;
	free(del);
	del = NULL;
}

8.单链表的销毁

创建两个指针，一个是pucr从头开始遍历，一个是next用来保存下一个结点。next要走到pcur的前面，pcur用来销毁所在位置的，next是用来保存pcur->next的。

void SListDestroy(SLTNode** pphead)
{
	SLTNode* pcur = *pphead;
	while (pcur)
	{
		SLTNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	*pphead = NULL;//让头结点置为NULL这样才销毁彻底成功
}