单向链表——C语言实现

news2024/11/20 18:45:26

哈喽，大家好，今天我们学习的是数据结构里的链表，这里主要讲的是不带哨兵卫头节点的单向链表，下篇将会继续带大家学习双向链表。

目录

1.链表的概念

2.单向链表接口的实现

2.1动态申请一个节点

2.2单链表打印

2.3单链表尾插

2.4单链表头插

2.5单链表尾删

2.6单链表头删

2.7在pos位置插入x

2.7.1在pos位置前插入x

2.7.2在pos位置后插入x

2.8删除pos位置值

2.9 查找x的地址

2.10销毁链表

3.完整代码

1.链表的概念

在上篇文章，我们已经学习了顺序表，不知大家有没有发现顺序表在一定程度上是存在缺陷的，比如说：

  1. 空间不够了的时候需要扩容，扩容需要付出代价（特别是异地扩空间）
  2. 为了避免频繁扩容，我们满了基本都是扩2倍，可能会导致一定的空间浪费
  3. 顺序表要求数据从开始位置连续存储，那么我们在头部或者中间位置插入删除数据就需要挪动数据，效率不高

针对顺序表的缺陷，就有了链表来存储数据

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 。

 链表的定义：

 这里的data就是要存放的数据

2.单向链表接口的实现

下面是要介绍的常用到的链表接口函数以及实现方法：

//打印
void SListPrint(SLTNode* phead);
//创建新节点
SLTNode* BuyListNode(SLTDateType x);
//尾插
void SListPushBack(SLTNode** pphead, SLTDateType x);
//头插
void SListPushFront(SLTNode** pphead, SLTDateType x);
//头删
void SListPopBack(SLTNode** pphead);
//尾删
void SListPopFront(SLTNode** pphead);
//查找
SLTNode* SListFind(SLTNode* phead, SLTDateType x);
//插入
void SListInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDateType x);
void SListInsertAfter(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDateType x);
//删除
void SListErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos);
//销毁
void SListDestroy(SLTNode** pphead);

2.1动态申请一个节点

由于我们每次给链表插入数据时，都需要动态开辟空间来申请节点，所以我们把这个过程封装成一个函数，方便后续操作。

动态申请一个节点的步骤是先向计算机内存申请一块空间，这里我们将申请的空间用指针变量newnode来存储，然后将newnode中的data赋值，因为这是新开辟的节点，所以暂时将newnode中的next指向空。

注意：为了提高程序的可靠性，我们在动态内存申请后记得检查是否申请失败了，如果申请失败了输出提示信息，并退出程序。

SLTNode* BuyListNode(SLTDateType x)
{
	SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	if (newnode == NULL)//如果动态内存申请失败就退出程序
	{
		printf("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	return newnode;
}

2.2单链表打印

打印链表就是一个遍历链表的过程，我们首先定义一个指针(cur)指向链表的头节点，然后输出该节点的值，然后将指针指向下一个节点（cur=cur->next),依次进行，直到cur为空指针时停止

void SListPrint(SLTNode* phead)
{
	SLTNode* cur = phead;
	while (cur != NULL)
	{
		printf("%d->", cur->data);
		cur = cur->next;//将cur指向下一个节点
	}
	printf("NULL\n");
}

2.3单链表尾插

尾插，就是先找到链表中最后一个节点，然后将数据插入到最后。

但是，我们要先判断链表是否为空，如果链表为空，我们直接直接将链表的头指针赋予要插入的数据。

由于尾插要改变链表，所以传参要用二级指针，包括下面的尾插，尾删，头删等都要用二级指针传参

void SListPushBack(SLTNode** pphead, SLTDateType x)
{
	SLTNode* newnode = BuyListNode(x);
	if (*pphead == NULL)
	{
		*pphead = newnode;
	}
	else
	{
		SLTNode* tail = *pphead;
		while (tail->next != NULL)
		{
			tail = tail->next;
		}
		tail->next = newnode;
	}
}

2.4单链表头插

头插是比较简单的一种操作，只需要申请新节点，将新节点的next指向链表的头，再让新节点成为链表的头即可。

void SListPushFront(SLTNode** pphead, SLTDateType x)
{
	SLTNode* newnode = BuyListNode(x);
	newnode->next = *pphead;
	*pphead = newnode;
}

2.5单链表尾删

尾删：每次找到链表的最后一个节点和倒数第二个节点，然后释放最后一个节点所占的看空间并将最后一个节点置空，同时将倒数第二个节点的next指向NULL；如果链表只剩下一个节点，直接释放并置空该节点（这一步需要单独考虑）

注意：为了避免链表为空但有调用尾删的情况，我们需要断言一下，当传过来的链表是空链表的时候，程序就会报错

void SListPopBack(SLTNode** pphead)
{
	//保证链表不是空链表
	assert(*pphead != NULL);
	if ((*pphead)->next == NULL)
	{
		//当链表中只有一个节点
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
	else
	{
		SLTNode* tail = *pphead;
		SLTNode* prev = NULL;
		while (tail->next != NULL)
		{
			prev = tail;
			tail = tail->next;
		}
		prev->next = NULL;
		free(tail);
		tail = NULL;
	}
}

2.6单链表头删

头删是将第一个节点释放然后指向第二个节点，在此之前需要定义一个指针next来保存第二个节点的地址。

void SListPopFront(SLTNode** pphead)
{
	//保证链表不是空链表
	assert(*pphead != NULL);
	SLTNode* next = (*pphead)->next;
	free(*pphead);
	*pphead = next;
}

2.7在pos位置插入x

在pos位置插入x分为两种情况，一种是在pos前位置插入x ，另一种是在pos后位置插入x，下面将分别为大家介绍：

2.7.1在pos位置前插入x

在pos位置前插入x,只需要找到pos的前一个位置，我们把pos的前一个位置命名为posPrev，然后创建一个新节点newnode，将posPrev的下一个节点指向newnode，newnode的下一个节点指向pos即可，如下图：

 

void SListInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDateType x)
{
	assert(pphead != NULL);
	assert(pos != NULL);

	SLTNode* newnode = BuyListNode(x);
	if (*pphead == pos)
	{
		newnode->next = *pphead;
		*pphead = newnode;
	}
	else
	{
		//找到pos的前一个位置
		SLTNode* posPrev = *pphead;
		while (posPrev->next != pos)
		{
			posPrev = posPrev->next;
		}
		posPrev->next = newnode;
		newnode->next = pos;
	}
}

2.7.2在pos位置后插入x

在pos位置后插入x比在pos位置前插入x要简单，不需要遍历链表即可完成

void SListInsertAfter(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDateType x)
{
    assert(pos != NULL);
    SLTNode* newnode = BuyListNode(x);
    newnode->next = pos->next;
    pos->next = newnode;
}

2.8删除pos位置值

删除pos位置值也需要先找到pos的前一个节点，因此也要考虑pos是链表的头节点的情况

void SListErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
	assert(*pphead != NULL);
	assert(pos != NULL);
	if (*pphead == pos)
	{
		*pphead = pos->next;
		free(pos);
	}
	else
	{
		SLTNode* posPrev = *pphead;
		while (posPrev->next != pos)
		{
			posPrev = posPrev->next;
		}
		posPrev->next = pos->next;
		free(pos);
	}
}

2.9 查找x的地址

查找x的地址，如果查找到了x，则返回该节点的地址，否则返回空指针。这个步骤也要遍历链表。

SLTNode* SListFind(SLTNode* phead, SLTDateType x)
{
	SLTNode* tail = phead;
	if (tail->data == x)
	{
		return tail;
	}
	while (tail ->data != x)
	{
		tail = tail->next;
		if (tail->data == x)
		{
			return tail;
		}
	}
	return NULL;
}

2.10销毁链表

销毁链表需要将所有节点所占的内存全部释放，再将链表的头置为空即可。

void SListDestroy(SLTNode** pphead)
{
	assert(*pphead != NULL);
	SLTNode* cur = *pphead;
	while (cur != NULL)
	{
		SLTNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	*pphead = NULL;
}

3.完整代码

SList.h文件：

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

typedef int SLTDateType;
typedef struct SListNode
{
	SLTDateType data;
	struct SListNode* next;//存放下一个链表的地址
}SLTNode;

//打印
void SListPrint(SLTNode* phead);
//创建新节点
SLTNode* BuyListNode(SLTDateType x);
//尾插
void SListPushBack(SLTNode** pphead, SLTDateType x);
//头插
void SListPushFront(SLTNode** pphead, SLTDateType x);
//头删
void SListPopBack(SLTNode** pphead);
//尾删
void SListPopFront(SLTNode** pphead);
//查找
SLTNode* SListFind(SLTNode* phead, SLTDateType x);
//插入
void SListInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDateType x);
void SListInsertAfter(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDateType x);
//删除
void SListErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos);
//销毁
void SListDestroy(SLTNode** pphead);

SList.c文件：

#include"SList.h"

void SListPrint(SLTNode* phead)
{
	SLTNode* cur = phead;
	while (cur != NULL)
	{
		printf("%d->", cur->data);
		cur = cur->next;//将cur指向下一个节点
	}
	printf("NULL\n");
}

SLTNode* BuyListNode(SLTDateType x)
{
	SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	if (newnode == NULL)//如果动态内存申请失败就退出程序
	{
		printf("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	return newnode;
}

void SListPushBack(SLTNode** pphead, SLTDateType x)
{
	SLTNode* newnode = BuyListNode(x);
	if (*pphead == NULL)
	{
		*pphead = newnode;
	}
	else
	{
		SLTNode* tail = *pphead;
		while (tail->next != NULL)
		{
			tail = tail->next;
		}
		tail->next = newnode;
	}
}

void SListPushFront(SLTNode** pphead, SLTDateType x)
{
	SLTNode* newnode = BuyListNode(x);
	newnode->next = *pphead;
	*pphead = newnode;
}

void SListPopBack(SLTNode** pphead)
{
	//保证链表不是空链表
	assert(*pphead != NULL);
	if ((*pphead)->next == NULL)
	{
		//当链表中只有一个节点
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
	else
	{
		SLTNode* tail = *pphead;
		SLTNode* prev = NULL;
		while (tail->next != NULL)
		{
			prev = tail;
			tail = tail->next;
		}
		prev->next = NULL;
		free(tail);
		tail = NULL;
	}
}


void SListPopFront(SLTNode** pphead)
{
	//保证链表不是空链表
	assert(*pphead != NULL);
	SLTNode* next = (*pphead)->next;
	free(*pphead);
	*pphead = next;
}

SLTNode* SListFind(SLTNode* phead, SLTDateType x)
{
	SLTNode* tail = phead;
	if (tail->data == x)
	{
		return tail;
	}
	while (tail ->data != x)
	{
		tail = tail->next;
		if (tail->data == x)
		{
			return tail;
		}
	}
	return NULL;
}

void SListInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDateType x)
{
	assert(pphead != NULL);
	assert(pos != NULL);

	SLTNode* newnode = BuyListNode(x);
	if (*pphead == pos)
	{
		newnode->next = *pphead;
		*pphead = newnode;
	}
	else
	{
		//找到pos的前一个位置
		SLTNode* posPrev = *pphead;
		while (posPrev->next != pos)
		{
			posPrev = posPrev->next;
		}
		posPrev->next = newnode;
		newnode->next = pos;
	}
}

void SListInsertAfter(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDateType x)
{
	assert(pos != NULL);
	SLTNode* newnode = BuyListNode(x);
	newnode->next = pos->next;
	pos->next = newnode;
}

void SListErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
	assert(*pphead != NULL);
	assert(pos != NULL);
	if (*pphead == pos)
	{
		*pphead = pos->next;
		free(pos);
	}
	else
	{
		SLTNode* posPrev = *pphead;
		while (posPrev->next != pos)
		{
			posPrev = posPrev->next;
		}
		posPrev->next = pos->next;
		free(pos);
	}
}

void SListDestroy(SLTNode** pphead)
{
	assert(*pphead != NULL);
	SLTNode* cur = *pphead;
	while (cur != NULL)
	{
		SLTNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	*pphead = NULL;
}

总结：这篇文章主要写的是单向链表，后续将继续带领大家学习双向链表。如果我写的有什么的不好之处，请在文章下方给出你宝贵的意见。如果觉得我写的好的话请点个赞赞和关注哦~😘

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