数据结构---单链表

news2024/11/27 5:23:29

专栏：数据结构
个人主页：HaiFan.
专栏简介：从零开始，数据结构！！

单链表

  • 前言
  • 顺序表的缺陷
  • 链表的概念以及结构
  • 链表接口实现
  • 打印链表中的元素SLTPrint
    • phead->next!=NULL和phead!=NULL的区别
  • 开辟空间SLTNewNode
  • 尾插SLTPushBack和尾删SLTPopBack
  • 头插SLTPushFront和头删SLTPopFront
  • 查找SLTFind
  • 在查找元素的后面插入SLTInsertAfter
  • 在查找元素的后面删除SLTEraseAfter
  • 销毁开辟的空间SLTDestory
  • 各个接口测试
  • 源代码
  • 链表和顺序表的区别

前言

在这里插入图片描述

顺序表的缺陷

顺序表每一次扩容，都是连续的空间，支持通过下标去访问数据。

但是顺序表的头插，头删，中间删元素，需要把后面的数据覆盖前面的元素，也就是挪动元素，这就导致效率非常的低

并且，顺序表在扩容之后，可能会有一部分空间没有用，这就导致了空间浪费。

链表的概念以及结构

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 。

链表的结点一般是在堆上申请出来的，从堆上申请的空间，是按照一定策略来分配的，两次申请的空间可能连续，也可能不连续。

链表是每用一块空间，便开辟一块空间，因此，不会造成空间浪费。

在这里插入图片描述

这个图什么意思呢？

把开辟的空间当作2个合在一起的小方块，一个小方块用来存元素的值，一个方块用来存放下一个空间的地址。

在这里插入图片描述

当这个1就是最后一个元素的时候，这个下一块空间的地址就是NULL，因为1后面没有元素了，不能让这个地址乱指向其他的空间。

链表接口实现

在这里插入图片描述

这里，在结构体中要用结构体指针，指针就是地址，这个地址就是用来存放下一个空间的地址的。

typedef int SLTDataType;

typedef struct SLTNode
{
	SLTDataType val;
	struct SLTNode* next;
}SLT;

void SLTPrint(SLT* phead);//打印单链表中的数据

SLT* SLTNewNode(SLTDataType x);//每要插入数据，就需要开一一块空间

void SLTPushBack(SLT** pphead, SLTDataType x);//尾插
void SLTPopBack(SLT** pphead);//尾删

void SLTPushFront(SLT** pphead, SLTDataType x);//头插
void SLTPopFront(SLT** pphead);//头删

SLT* SLTFind(SLT** pphead, SLTDataType x);//查找
//单链表在pos位置之后插入x
void SLTInsertAfter(SLT* pos, SLTDataType x);//插入
//单链表在pos位置之后删除元素
void SLTEraseAfter(SLT* pos);//删除

void SLTDestory(SLT** pphead);//销毁空间

打印链表中的元素SLTPrint

打印链表中的元素是最容易实现的一个接口。

void SLTPrint(SLT* phead)
{
	while (phead != NULL)
	{
		cout << phead->val << "->";
		phead = phead->next;
	}
	cout << "NULL" << endl;
}

这里用一级指针，因为打印链表不会更改链表中的一些东西。

每打印出一个元素，都让phead指向下一块空间，直到走到为NULL的时候为止

在这里插入图片描述

phead->next!=NULL和phead!=NULL的区别

在这里插入图片描述

假如现在phead是在3这块空间，那么phead->next就是指向下一块空间，因为下一块空间是NULL，所以，当你写出phead->next != NULL的时候，就会在3这里停止后面的打印。

phead !=NULL是当phead走到NULL的时候才会执行。

开辟空间SLTNewNode

链表是每用一块空间就开辟一块空间。这样不会造成空间浪费。

SLT* SLTNewNode(SLTDataType x)
{
	SLT* newnode = (SLT*)malloc(sizeof(SLT));

	newnode->next = NULL;
	newnode->val = x;
	return newnode;
}

开辟了空间之后，不要忘记把newnode->next置为NULL，不然就成为野指针了。最后把这块空间返回即可。

尾插SLTPushBack和尾删SLTPopBack

尾插的时候，先调用一下开辟空间的函数，再把开辟的空间返回，用一个结构体指针变量接收。

  1. 当链表为空的时候，newnode就可以当作链表中的第一块空间。
  2. 当链表不为空的时候，就需要先找到链表的尾部，然后把newnode链接在链表中即可
void SLTPushBack(SLT** pphead, SLTDataType x)
{
	SLT* newnode = SLTNewNode(x);

	if (*pphead == NULL)
	{
		*pphead = newnode;
	}
	else
	{
		SLT* tail = *pphead;
		while (tail->next != NULL)
		{
			tail = tail->next;
		}
		tail->next = newnode;
	}
}

在这里插入图片描述

要用一个临时变量走向链表最后一个元素的位置，如果不用临时变量，直接用头元素走到最后一个位置，那么，在打印元素的时候，也是从最后一个元素的位置开始打印的，前面的元素不会打印，因为我们是用指针接收的头元素的位置，通过指针直接去访问内容，指针走到最后就会导致，原本应该指向头元素的指针，就指向了最后的元素。

所以在这里用 tail->next != NULL

尾删分两种情况，当链表中只有一个元素的时候和链表中有n个元素的时候。

第一种情况好说，直接把第一个元素的空间给free掉，在置为空即可。

第二种情况就是先找到尾，但是，在找到尾部之后，不能直接把尾部free掉，而是要先知道倒数第二个元素的位置。

void SLTPopBack(SLT** pphead)
{
	assert(*pphead);

	if ((*pphead)->next == NULL)
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
	else
	{
		SLT* tail = *pphead;
		while (tail->next->next != NULL)
		{ 
			tail = tail->next;
		}
		free(tail->next);
		tail->next = NULL;
	}
}


/*SLTNode* prev = NULL;
		SLTNode* tail = phead;
		while (tail->next)
		{
		prev = tail;
		tail = tail->next;
		}

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

这两种方法都可以。

头插SLTPushFront和头删SLTPopFront

头插特别容易，先开辟一块空间，然后把这块空间指向头元素空间。在把头元素空间指向新开辟的空间即可。

在这里插入图片描述

void SLTPushFront(SLT** pphead, SLTDataType x)
{
	SLT* newnode = SLTNewNode(x);

	newnode->next = *pphead;
	*pphead = newnode;
}

头删之前，要先判断链表中有没有元素，没有元素直接断言。

有一个元素，直接free。

多个元素，先用一个临时变量记录一下头元素指向的下一个元素的地址，然后把头元素给free掉，再让头元素=临时变量。

void SLTPopFront(SLT** pphead)
{
	assert(*pphead);

	if ((*pphead)->next == NULL)
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
	else
	{
		SLT* head = (*pphead)->next;
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
		*pphead = head;
	}
}

查找SLTFind

查找元素的时候，把该空间的地址给返回即可，遍历一遍链表即可实现。

SLT* SLTFind(SLT** pphead, SLTDataType x)
{

	SLT* tail = *pphead;

	while (tail != NULL)
	{
		if (tail->val == x)
		{
			return tail;
		}
		tail = tail->next;
	}

	return NULL;//没有找到
}

在查找元素的后面插入SLTInsertAfter

先通过SLTFind，找到要插入的位置，然后通过断言来判断这个位置是否合法。

在这里插入图片描述

比如要把3插入到1和2之间，把3->next = 1->next，再把1->next = 3就能完成插入。

void SLTInsertAfter(SLT* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pos);

	SLT* newnode = SLTNewNode(x);

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

}

在查找元素的后面删除SLTEraseAfter

还是先断言，判断位置是否合法。

在这里插入图片描述
电脑上的画图实在是用不来，原谅我------。。。

void SLTEraseAfter(SLT* pos)
{
	assert(pos);

	if (pos->next == NULL)
	{
		return;
	}

	SLT* newnode = pos->next;
	pos->next = newnode->next;
	free(newnode);
	newnode = NULL;
}

销毁开辟的空间SLTDestory

因为空间不一定是连续的，所以需要遍历链表，一个一个的释放

void SLTDestory(SLT** pphead)
{
	SLT* cur = *pphead;

	while (cur)
	{
		SLT* hh = cur->next;
		free(cur);
		cur = hh;
	}
}

各个接口测试

void TestSLTNode()
{
	SLT* plist = NULL;
	cout << "尾插尾删" << endl;
	SLTPushBack(&plist, 1);
	SLTPushBack(&plist, 2);
	SLTPushBack(&plist, 3);
	SLTPushBack(&plist, 4);
	SLTPushBack(&plist, 4);


	SLTPopBack(&plist);
	SLTPopBack(&plist);
	SLTPopBack(&plist);
	SLTPopBack(&plist);


	SLTPrint(plist);
}

void TestSLTNode1()
{
	SLT* plist = NULL;
	cout << "头插头删" << endl;
	SLTPushFront(&plist, 1);
	SLTPushFront(&plist, 2);
	SLTPushFront(&plist, 3);
	SLTPushFront(&plist, 4);

	SLTPopFront(&plist);
	SLTPopFront(&plist);
	SLTPopFront(&plist);


	SLTPrint(plist);
}

void TestSLTNode2()
{
	SLT* plist = NULL;
	cout << "查找，删除，插入" << endl;
	SLTPushFront(&plist, -1);
	SLTPushBack(&plist, 1);
	SLTPushFront(&plist, -2);
	SLTPushBack(&plist, 2);
	SLTPushFront(&plist, -3);
	SLTPushBack(&plist, 3);
	SLTPushFront(&plist, -4);
	SLTPushBack(&plist, 4);
	SLT* ret = SLTFind(&plist, 3);
	if (ret)
	{
		cout << ret << endl;
	}
	SLTPrint(plist);

	SLTInsertAfter(ret, 100);
	SLTInsertAfter(ret, 100);
	SLTInsertAfter(ret, 100);
	SLTPrint(plist);
	SLTEraseAfter(ret);
	SLTEraseAfter(ret);
	SLTPrint(plist);

	SLTDestory(&plist);
}

int main()
{
	TestSLTNode();
	TestSLTNode1();
	TestSLTNode2();

	return 0;
}

在这里插入图片描述

源代码

.h文件

#pragma once


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

using namespace std;

typedef int SLTDataType;

typedef struct SLTNode
{
	SLTDataType val;
	struct SLTNode* next;
}SLT;

void SLTPrint(SLT* phead);//打印单链表中的数据

SLT* SLTNewNode(SLTDataType x);//每要插入数据，就需要开一一块空间

void SLTPushBack(SLT** pphead, SLTDataType x);//尾插
void SLTPopBack(SLT** pphead);//尾删

void SLTPushFront(SLT** pphead, SLTDataType x);//头插
void SLTPopFront(SLT** pphead);//头删

SLT* SLTFind(SLT** pphead, SLTDataType x);//查找
//单链表在pos位置之后插入x
void SLTInsertAfter(SLT* pos, SLTDataType x);//插入
//单链表在pos位置之后删除元素
void SLTEraseAfter(SLT* pos);//删除

void SLTDestory(SLT** pphead);//销毁空间

.cpp文件

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include "SList.h"

void SLTPrint(SLT* phead)
{
	while (phead)
	{
		cout << phead->val << "->";
		phead = phead->next;
	}
	cout << "NULL" << endl;
}

SLT* SLTNewNode(SLTDataType x)
{
	SLT* newnode = (SLT*)malloc(sizeof(SLT));

	newnode->next = NULL;
	newnode->val = x;
	return newnode;
}

void SLTPushBack(SLT** pphead, SLTDataType x)
{
	SLT* newnode = SLTNewNode(x);

	if (*pphead == NULL)
	{
		*pphead = newnode;
	}
	else
	{
		SLT* tail = *pphead;
		while (tail->next != NULL)
		{
			tail = tail->next;
		}
		tail->next = newnode;
	}
}

void SLTPopBack(SLT** pphead)
{
	assert(*pphead);

	if ((*pphead)->next == NULL)
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
	else
	{
		SLT* tail = *pphead;
		while (tail->next->next != NULL)
		{ 
			tail = tail->next;
		}
		free(tail->next);
		tail->next = NULL;
	}
}

void SLTPushFront(SLT** pphead, SLTDataType x)
{
	SLT* newnode = SLTNewNode(x);

	newnode->next = *pphead;
	*pphead = newnode;
}

void SLTPopFront(SLT** pphead)
{
	assert(*pphead);

	if ((*pphead)->next == NULL)
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
	else
	{
		SLT* head = (*pphead)->next;
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
		*pphead = head;
	}
}

SLT* SLTFind(SLT** pphead, SLTDataType x)
{

	SLT* tail = *pphead;

	while (tail != NULL)
	{
		if (tail->val == x)
		{
			return tail;
		}
		tail = tail->next;
	}

	return NULL;//没有找到
}

void SLTInsertAfter(SLT* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pos);

	SLT* newnode = SLTNewNode(x);

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

}

void SLTEraseAfter(SLT* pos)
{
	assert(pos);

	if (pos->next == NULL)
	{
		return;
	}

	SLT* newnode = pos->next;
	pos->next = newnode->next;
	free(newnode);
	newnode = NULL;
}

void SLTDestory(SLT** pphead)
{
	SLT* cur = *pphead;

	while (cur)
	{
		SLT* hh = cur->next;
		free(cur);
		cur = hh;
	}
}

test.cpp文件

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1


#include "SList.h"

void TestSLTNode()
{
	SLT* plist = NULL;
	cout << "尾插尾删" << endl;
	SLTPushBack(&plist, 1);
	SLTPushBack(&plist, 2);
	SLTPushBack(&plist, 3);
	SLTPushBack(&plist, 4);
	SLTPushBack(&plist, 4);


	SLTPopBack(&plist);
	SLTPopBack(&plist);
	SLTPopBack(&plist);
	SLTPopBack(&plist);


	SLTPrint(plist);
}

void TestSLTNode1()
{
	SLT* plist = NULL;
	cout << "头插头删" << endl;
	SLTPushFront(&plist, 1);
	SLTPushFront(&plist, 2);
	SLTPushFront(&plist, 3);
	SLTPushFront(&plist, 4);

	SLTPopFront(&plist);
	SLTPopFront(&plist);
	SLTPopFront(&plist);


	SLTPrint(plist);
}

void TestSLTNode2()
{
	SLT* plist = NULL;
	cout << "查找，删除，插入" << endl;
	SLTPushFront(&plist, -1);
	SLTPushBack(&plist, 1);
	SLTPushFront(&plist, -2);
	SLTPushBack(&plist, 2);
	SLTPushFront(&plist, -3);
	SLTPushBack(&plist, 3);
	SLTPushFront(&plist, -4);
	SLTPushBack(&plist, 4);
	SLT* ret = SLTFind(&plist, 3);
	if (ret)
	{
		cout << ret << endl;
	}
	SLTPrint(plist);

	SLTInsertAfter(ret, 100);
	SLTInsertAfter(ret, 100);
	SLTInsertAfter(ret, 100);
	SLTPrint(plist);
	SLTEraseAfter(ret);
	SLTEraseAfter(ret);
	SLTPrint(plist);

	SLTDestory(&plist);
}

int main()
{
	TestSLTNode();
	TestSLTNode1();
	TestSLTNode2();

	return 0;
}

链表和顺序表的区别

不同点顺序表链表
存储空间上物理上一定连续逻辑上连续，但物理上不一定 连续
随机访问支持O(1)不支持：O(N)
任意位置插入或者删除 元素可能需要搬移元素，效率低 O(N)只需修改指针指向
插入动态顺序表，空间不够时需要 扩容没有容量的概念
应用场景元素高效存储+频繁访问任意位置插入和删除频繁
缓存利用率高低

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