C语言单链表

时间:2022-05-28 鹿九丸人气:0

1 链表的概念及结构

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。

注意：

1. 从上图可以看出，链式结构在逻辑上是连续的，但是在物理上不一定是连续

2. 现实中的节点一般是从堆上申请出来的

3. 从对上申请的空间，是按照一定的策略来分配的，两次申请的空间可能连续，也可能不连续

2 链表的分类

实际中链表的结构非常多样，以下情况组合起来就有8种链表结构：

1、单向或者双向链表

2、带头或者不带头链表

3、循环或非循环链表

最常用的有两种：无头单向非循环链表、带头双向循环链表

无头单向非循环链表：结构简单，一般不会单独用来存数据。实际中更多是作为其他数据结构的子结构，如哈希桶、图的邻接表等等。另外这种结构在笔试面试中出现很多。
带头双向循环链表：结构最复杂，一般用在单独存储数据。实际中使用的链表数据结构，都是带头双向循环链表。另外这个结构虽然结构复杂，但是使用代码实现以后会发现结构会带来很多优势，实现反而简单了，后面我们代码实现了就知道了。

3 链表的实现无头+单向+非循环链表增删查改实现

3.1 链表的定义

typedef int SLTDataType;//
typedef struct SListNode
{
	int data;//val，存储的数据，此处假设存储的数据为int型
	struct SListNode* next;//存储下一个节点的位置
}SListNode,SLN;

3.2 链表数据的打印

void SListPrint(SListNode* phead)
{
	SListNode* cur = phead;
	while (cur != NULL)
	{
		printf("%d->", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("NULL\n");
}

3.3 链表的尾插

void SListPushBack(SListNode** pphead, SLTDataType x)
{
	SListNode* newnode = BuySListNode(x);
	if (*pphead == NULL)
	{
		*pphead = newnode;
	}
	else
	{
		//找尾
		SListNode* tail = *pphead;
		while (tail->next != NULL)
		{
			tail = tail->next;
		}
		tail->next = newnode;
	}
}

在找尾的过程中，务必不能写成下面的代码：

while(tail!=NULL)
{
	tail = tail->next;
}
tail->next = newnode;

当然，上面的介绍的是尾删的情况。

尾插其实也是类似的，尾插的话像上面的代码中，当tail!=NULL不成立之后，tail等于空，然后执行赋值操作，tail->next = newnode这行代码相当于下面的代码：

(*tail).next，此处相当于是对空指针进行解引用，其实就是非法访问了，并还试图非法修改未授权内存中的数据，这将必然会引发程序的崩溃。而且也并没有将新节点的地址存储到之前为节点的next中。

这个地方需要弄明白链表进行遍历的根本原理：

链表是一个相对静态的存储在堆区中的数据空间，我们通过改变栈区中的局部变量tail中的数据（即每一个链表节点的地址）来进行遍历，之所以能够通过tail变量能够进行访问并且修改节点数据的原因就是因为tail的数据类型是SListNode*，即指向节点的指针，指针的类型决定了对指针解引用能够访问的数据类型，所以*tail能够访问堆区中的节点的数据并且能够进行修改。

3.4 链表空间的动态申请

SListNode* BuySListNode(SLTDataType x)
{
	SListNode* newnode = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		printf("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	else
	{
		newnode->data = x;
		newnode->next = NULL;
	}
	return newnode;
}

3.5 链表的头插

void SListPushFront(SListNode** pphead, SLTDataType x)
{
	SListNode* newnode = BuySListNode(x);
	newnode->next = *pphead;
	*pphead = newnode;
}

3.6 链表的尾删

需要考虑三种情况：

空
一个节点
多个节点

两种写法：

第一种：

void SListPopBack(SListNode** pphead)
{
	assert(pphead);
	if (*pphead == NULL)//空链表
	{
		return;
	}
	else if ((*pphead)->next == NULL)//一个节点
	{
		free(*pphead);//*pphead就是plist的值
		*pphead = NULL;
	}
	else//多个节点
	{
		SListNode* tail = *pphead;
		SListNode* prev = NULL;//为什么要置为空呢？因为这个地方相当于是指向第一个节点之前的节点，这个节点并不存在，设为空
		while (tail->next != NULL)
		{
			prev = tail;
			tail = tail->next;
		}
		free(tail);
		tail = NULL;
		prev->next = NULL;
	}
}

这种方式在面对只有一个节点时也不会出现问题。

第二种：

void SListPopBack(SListNode** pphead)
{
	assert(pphead);
	if (*pphead == NULL)//空链表
	{
		return;
	}
	else if ((*pphead)->next == NULL)//一个节点
	{
		free(*pphead);//*pphead就是plist的值
		*pphead = NULL;
	}
	else//多个节点
	{
		SListNode* tail = *pphead;
		while (tail->next->next != NULL)
		{
			tail = tail->next;
		}
		free(tail->next);//释放尾节点
		tail->next = NULL;//将新尾节点的next置为NULL
	}
}

3.7 链表的头删

void SListPopFront(SListNode** pphead)
{
	assert(pphead);
	if (*pphead == NULL)//空链表
	{
		return;
	}
	else//非空链表
	{
		SListNode* next = (*pphead)->next;//next作为临时变量存放的是被删除的节点中next存储的第二个节点的地址
		free(*pphead);
		*pphead = next;
	}
}

3.8 链表任意位置的前插入

void SListInsertBefore(SListNode** pphead, SListNode* pos,SLTDataType x)
{
	assert(pphead);
	if (*pphead == pos)//pos是第一个节点，相当于头插
	{
		SListPushFront(pphead, x);
	}
	else
	{
		SListNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}
		SListNode* newnode = BuySListNode(x);
		prev->next = newnode;
		newnode->next = pos;
	}
}

3.9 链表任意位置的后插入

两种实现方式：

方式一：

void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pos);
	SListNode* newnode = BuySListNode(x);
	
	newnode->next = pos->next;
	pos->next = newnode;
	//这两行代码顺序是固定的，只能这个顺序，无法进行改变
}

图示：

方式二：

void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pos);
	SListNode* next = pos->next;
	SListNode* newnode = BuySListNode(x);

	newnode->next = next;
	pos->next = newnode;
	//这两行代码可以任意改变顺序，谁先谁后都不影响最后的结果
}

图示：

3.10 链表的任意位置的删除

void SListErase(SListNode** pphead, SListNode* pos)
{
	assert(pphead);
	assert(pos);
	if (pos == *pphead)//当pos为头节点的时候
	{
		SListPopFront(pphead);
	}
	else//当pos为非头节点的时候
	{
		SListNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}
		prev->next = pos->next;
		free(pos);
		pos = NULL;
	}
}

图示：

3.11 链表的任意位置的前删除

void SListEraseBefore(SListNode** pphead, SListNode* pos)//pos即为任意位置
{
	assert(pphead);
	assert(pos);
	if (pos == *pphead)
	{
		return;
	}
	else if(pos==(*pphead)->next)
	{
		SListPopFront(pphead);
	}
	else
	{
		SListNode* prev = *pphead;//prev用来存储pos的前一个位置的前一个位置
		while (prev->next->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}
		SListNode* next = prev->next;//保存pos前一个节点的地址
		prev->next = prev->next->next;//将prev和pos的两个节点进行连接
		free(next);//删除pos的前一个节点
	}
}

3.12 链表的任意位置的后删除

void SListEraseAfter(SListNode* pos)
{
	assert(pos);
	SListNode* next = pos->next;
	if (next == NULL)//当pos是最后一个节点的时候
	{
		return;
	}
	else
	{
		pos->next = next->next;
		free(next);
		next = NULL;
	}
}

图示：

3.13 链表的销毁

void SListDestory(SListNode** pphead)
{
	assert(pphead);
	SListNode* cur = *pphead;
	SListNode* next = *pphead;//是为了存储cur下一个节点的地址，因为free(cur)之后，cur指针指向的内存中的数据可能已经称为乱码了，即不能再正常的使用
	while (cur)
	{
		next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	*pphead = NULL;
}

3.14 链表的总结

总结：单链表结构，适合头插头删。尾部或者中间某个位置插入删除都不适合。如果要使用链表结构单独存储数据，更适合用双向链表。

单链表学习的意义：

单链表会作为我们以后学习复杂数据结构的子结构（图的邻接表、哈希桶）
单链表会有很多经典的练习题，在笔试面试中会有很多相关的题目。

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