不懂单链表? 这篇文章就帮你搞明白

news2024/12/23 0:43:35

坚持看完，结尾有思维导图总结

链表对指针的操作要求不低

  • 链表的概念
  • 链表的特性
  • 链表的功能(最重要)
    • 定义和初始化
    • 头插头删
      • 细节说明
    • 尾插尾删
    • 寻找链表元素与打印链表
    • 在 某位置后插入删除
    • 在某位置的插入删除
    • 销毁链表

链表的概念

什么是链表

官方概念：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 。

解释一下
通俗的链表解释是 通过箭头链接的
在这里插入图片描述就如同锁链一样链接起来

两个节点之间的空间都没有任何联系
比如 节点A 和节点 B的空间 本来没有任何联系

但是两者通过 next 的指针

从节点 A 能够访问到节点 B ,然后能够一直向下访问知道 空指针

但是实际上
那个箭头是不存在的,是用来理解用的

实际存在的只有地址，访问过程中调用的也是指针(地址)
在这里插入图片描述
从图片的分析来看
一个节点要被分成两半
一般用来储存数据，一般用来储存下一个节点的地址
所以我们程序上的指针的定义可以这样写

typedef int Datatype;
typedef struct SingleList
{
	Datatype Data;
	struct SingleList* next;
}SLTNode;

但是下面定义是不对的

typedef int Datatype;
typedef struct SLTNode
{
	Datatype data;
	SLTNode* next;
}SLTNode;

因为在内容上 next 的定义在 SLTNode 的 typedef 重命名前，语法错误

链表的特性

链表有什么独特的地方？

所谓独特，必须有所对比，这里取顺序表进行对比

不同点链表顺序表
存储空间物理上空间连续逻辑连续，物理上不一定连续
随机访问可以使用下标直接访问必须遍历找到对应地址
任意位置插入(重要)需要搬移数据只需要修改指向
容量容量不足的时候需要扩容不需要扩容
使用场景元素频繁访问任意位置的插入和删除

所以链表的优点

  1. 插入删除很高效
  2. 寻找元素速度慢
  3. 空间利用率高，不需要扩容

链表的功能(最重要)

我们如何利用链表存储数据和调用数据?

链表本身就是一个数据结构，就需要定义定义一个数据结构，并且实例化
数据结构用来存放取出数据，访问数据
最终要销毁数据结构
所以有如下要求

定义和初始化

第一个问题，链表是由什么组成的?
是由 内容为存储的数据 和 指向下一个节点的 节点组成
第1. 1 的问题是 节点的类型 如何定义?
在这里插入图片描述
用程序的话说就是:

typedef int STDatatype;

struct ListNode
{
	STDatatype data;
	struct ListNode* next;
};
typedef struct ListNode SLTNode;

但是只有一个节点的结构是不足的
就像只知道有 int 这个类型但是没有数据一样，光有空壳但是没有血肉
如何在 Node 里面填充血肉?
第1.2 个问题:如何创建节点
主要步骤是:

  1. 开辟一个节点空间
  2. 在节点空间中存放数据

对于程序来说就是:

SLTNode* BuyNewNode(Datatype x)
{
	SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	if(newnode == NULL)
	{
		perror("malloc failed");
		exit(-1);//故障退出
	}
	newnode->next = NULL;
	newnode->data = x;
	return newnode;
}

第1.3 个问题: 如何初始化一个链表

我们使用单链表的时候，只要拿到链表的头就能够操作了
所以因为头的特殊性，我们单独定义一个名字

typedef SLTNode SLTHead;

随后进行链表的创建
步骤

  1. 循环创建节点
  2. 将节点链接起来

细节

  1. 当创建第一个节点时，头结点改变指向第一个节点，之后的节点头结点位置不再改变
//创建 n 个节点
SLTHead* BuildList(int n )
{
	SLTHead* phead = NULL;
	SLTNode* pcur = phead;
	for(int i = 0;i<n;i++)
	{
		SLTNode* newnode = BuyNewNode(i);
		if(phead == NULL)
		{
			phead = newnode;
			pcur = phead;
		}
		else
		{
			pcur->next = newnode;
			pcur = newnode;
		}
	}
	return phead;
}

我们创建链表的工作就完成了，我们可以调用一下

void Test0()
{
	//创建一个有10个节点的链表，保留他的头节点
	SLTHead* pList = BuildList(10);
}

头插头删

链表有两端，头为一端，尾为一端
头尾的图
在这里插入图片描述
要实现头部的插入删除，我们要解决以下问题
第1.1个小方面，头插
第1.1.1个问题
头插的过程是什么样的?
步骤

  1. 生成一个新节点newnode
  2. 这个新节点链接到原来的链表
  3. 链表头向前移动
    在这里插入图片描述
    程序

第一种程序

void SLTPushFront(SLTHead* phead,Datatype x)
{
	SLTNode* newhead = 	BuyNewNode(x);
	newnode->next = phead;
	phead = newnode;	
}

这个程序是错误的，哪里错了呢?
(这个图片需要放大一点看)
在这里插入图片描述
调用函数，创建栈帧的时候
开辟空间把实参的值传给形参
最终函数调用完成后会释放栈帧，销毁变量
如果要改变主函数的类型，就需要传递对应的类型的指针
因为我们要改变的是 头节点的地址，就必须要传形参为指针的地址

正确的程序:

void SLTPushFront(SLTHead** pphead,Datatype x)
{
	assert(pphead);
	SLTNode* newnode = BuyNewNode(x);
	//没有必要对 pcur 判空
	SLTNode* pcur = *pphead;
	newnode->next = pcur;
	*pphead = newnode;
}

我们可以看到，即使链表本来为 null 我们也可以直接进行头插,不需要特殊处理

第1.2个方面，头删
第1.2.个问题
链表的头删是如何工作的?
步骤

  1. 找到头节点的下一个节点
  2. 释放头结点
  3. 令头结点为下一个节点

图解:
在这里插入图片描述
第1.2.2个问题
如果链表被删除到空，该做些什么?
如果是 链表已经为 空，那不能再删除，我们可以使用assert来截断
程序

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

难点:
对头指针的改变需要传递指针的地址

细节说明

assert的使用
为什么使用assert ？
因为，在assert报错的时候，程序会定位到报错的位置
在调试的时候出乎意料地节省很多很多时间
(真地非常好用)

尾插尾删

第1.1 个问题，尾插的步骤是什么样子的?

  1. 找到尾
  2. 向尾部插入数据
    图解:
    在这里插入图片描述

第1.2 个问题,尾插的难点是什么?
1 如果链表本身没有元素
如果没有元素，就需要改变主函数中的头结点指针，因为要改变头结点指针，所以要传指针的地址
2 找到尾巴的过程
依次遍历，直到 next 为空

程序:

void SLTPushBack(SLTHead** pphead,Datatype x)
{
	assert(pphead);
	SLTNode* pcur = *pphead;
	SLTNode* newnode = BuyNewNode(x);
	if(pcur == NULL)
	{
		*pphead = newnode;
		return;
	}
	while(pcur->next)
	{
		pcur = pcur->next;
	}
	pcur->next = newnode;
}

第2.1 个问题，尾删的步骤是什么样子的?
步骤
1 找到尾
2 然后把尾巴删除

第2.2个问题，尾删的难点是什么?
1 上一个节点如果的 next 如果置为空，就无法找到下一个节点，找到下一个节点就无法回溯到上一个节点，所以需要保存上一个节点的位置，所以需要 plast
图解
在这里插入图片描述
2 同时，如果原来链表是空，就不能再进行删除
3 如果只有一个元素，头结点就需要置空
程序

void SLTPopBack(SLTHead** pphead)
{
	assert(pphead);
	assert(*pphead);
	SLTNode* pcur = *pphead;
	SLTNode* plast = *pphead;
	while(pcur->next != NULL)
	{
		pcur = pcur->next;
		plast = pcur;
	}
	//判断是否只剩下一个节点
	if(pcur == plast)
	{
		free(pcur);
		*pphead = NULL;
	}
	else
	{
		free(pcur);
		plast->next = NULL;
	}
}

寻找链表元素与打印链表

第1.1个问题寻找链表元素需要做什么?
需要遍历，然后匹配，返回对应的位置;遍历过程参考尾插的过程
程序:

SLTNode* SLTSearch(SLTHead* phead,Datatype x)
{
	SLTNode* pcur = phead;
	while(pcur != NULL)
	{
		if(pcur->data == x)
		{
			return pcur;
		}
		pcur = pcur->next;
	}
	return NULL;
}

第2.1个问题，打印的步骤是什么?
还是遍历，然后一个个打印出来

void SLTPrint(SLTHead* phead)
{
	SLTNode* pcur = phead;
	while(pcur != NULL)
	{
		printf("%d->",pcur->data);
		pcur = pcur->next;
	}
	printf("NULL");
}

第2.2 个问题
传参为何不用传 SLTNode** ?
因为
在Print中我们只是范围对应的结构体，使用结构体的地址就可以（只是没必要用指针的地址，但是是可以用的）
在Search中我们也没有对结构体的地址进行修改，只是得到对应地址的值，因此也只需要传结构体的地址

在 某位置后插入删除

第1.1个问题
为什么要先说在 pos(位置的代称) 后插入呢？
单链表的特性就是，可以通过上一个节点的 next 寻找到下一个节点,只要我们知道上一个节点的地址，就很容易能够找到下一个节点
第1.2个问题
如何找到上一个节点的位置？
记得在上一个小节，我们写了一个SLTSearch
我们可以通过这个函数找到有对应数据的节点

第1.3 个问题
步骤是什么

  1. 找到储存对应数据的节点的地址
  2. 生成新的节点
  3. 将节点链接到原来的链表

图例解释
在这里插入图片描述

第1.4个问题
链接的顺序是什么?
从图上可以看出，是 newnode 先链接到后面，然后再修改上一个节点的指向
因为是单链表，如果先将 pos -> next 指向newnode
pos 原来的后段就丢失了，导致出错

第1.5个问题
如果没有找到对应的节点怎么办?
因为定义中 Search 若没有找到对应的节点，由于这里是在某位置后插入，所以找不到就无法再插入了，就退出了

void SLTInseartBack(SLTNode* pos,SLTDatatype x)
{
	if(pos == NULL)
	{
		return ;
	}
	SLTNode* newnode = BuyNewNode(x);
	newnode->next = pos->next;
	pos->next = newnode;
}
//这里是调用
void Test1()
{
	PList* phead;//假设这是一个已知链表的头结点的地址
	SLTNode* pos = SLTSearch(phead,x);
	SLTInseartBack(pos,x);
}

这里相似的，就会有在某个位置后删除
步骤是：

  1. 找到某个位置
  2. 找到pos ->next->next
  3. 将pos->next 删除
    图解
    在这里插入图片描述
    第2.1 个问题，如果没找到或者pos 没有元素呢？
    在这两种情况下都不能删除
    对应程序
void SLTDelBack(SLTNode* pos)
{
	if(pos == NULL || pos->next == NULL )
	{
		return ;
	}
	SLTNode* pfree = pos->next;
	pos->next = pos->next->next;
	free(pfree);
}

在某位置的插入删除

难点: 链表指针无法访问到前一个元素
首先第1.1个问题
我们想用这个函数做什么？
我们可以通过 Search 找到对应的 pos
我们想直接在 pos 的位置上插入或者删除元素，这是我们的目的
第1.2 个问题
这个函数实现的难点是什么？
因为是单链表，不能找到pos 前一个位置，所以需要遍历找到前一个位置
具体步骤

  1. 利用 search 找到 pos
  2. 利用遍历找到pos 前一个元素的位置
  3. 在前一个位置的后面插入删除
    图例解析
    在这里插入图片描述

第1.3个问题
如果pos 是空是什么情况?
如果 pos 是空，那么就意味着是链表的尾部，这就说明是尾插和尾删

第1.4个问题
如果一开始就没有元素呢?
一开始没有元素就需要改变头结点指针的参数
所以传参需要传头结点指针的地址
相当于空链表的尾插

第1.5个问题
如果 pos指向的是第一个元素呢？
我们需要从让新元素排到第一个
这个时候情况就变成了头插

所以对应的程序是

void SLTInsert(SLTNode** pphead,SLTNode* pos,Datatype x)
{
	assert(pphead);
	SLTNode* pcur = *pphead;
	if(pcur == NULL || pos == NULL)
	{
		SLTPushBack(pphead,x);
		return ;
	}
	
	if (pcur == pos)
	{
		SLTPushFront(pphead,x);
		return;
	}

	SLTNode* newnode = BuyNewNode(x);
	SLTNode* newnode = BuyNewNode(x);
	SLTNode* pnext = pcur->next;
	while(pnext != pos)
	{
		pcur = pnext;
		pnext = pnext->next;
	}
	newnode->next = pnext;
	pcur->next = newnode;
	
}

相对应的也有对应位置的删除
什么步骤呢?

  1. 找到对应的位置
  2. 利用遍历找到pos 上一个节点
  3. 删除pos的元素

问题2.1
尾删是不是一种特殊情况呢?
这个时候尾删， pos 就必须指向一个确定的位置，和普通情况一样，因此不用特殊处理
即使是只剩下一个节点，也可以当做头删来处理

图例解析
在这里插入图片描述

void SLTErase(SLTNode** pphead,SLTNode* pos)
{
	assert(pphead);
	SLTNode* pcur = *pphead;
	if(pos == NULL)
	{
		return ;
	}

	if(pos == pcur)
	{
		SLTPopFront(pphead);
		return;
	}
	SLTNode* pre = pcur;
	while(pcur != pos)
	{
		pre = pcur;
		pcur = pcur->next;
	}
	pre->next = pcur->next;
	free(pcur);
	
}

注意:
有一个值得注意的地方
就是 每次 pos 在 位置删除后，这个pos 就不能用了，要在函数外置为 NULL

销毁链表

销毁链表的步骤是？
遍历然后一个个销毁
但是每次要把将要销毁的元素的后一个元素保存起来

图例解析
在这里插入图片描述
程序实现

void SLTDestroy(SLTNode* pphead)
{
	assert(pphead);
	SLTNode* pcur = *pphead;
	SLTNode* pre = *pphead;
	while(pcur != NULL)
	{
		pre = pcur;
		pcur = pcur->next;
		free(pre);
	}
	*pphead = NULL;
}

希望大家看完，能够有所收获
如果有错误，请指出我一定虚心改正
动动小手点赞
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