数据结构入门: 单链表的实现(从入门到熟练)
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单链表的实现(从入门到熟练)
概念和结构
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
- 图示：
- 注意：
链表结构在逻辑上为连续的，但是物理上（内存中）不一定连续
链表节点都是在堆上申请出来的，申请空间按一定策略分配
- 结构种类
链表具有多种结构：单向\双向，带头\不带头，循环\非循环
实际上最常用的是：无头单向非循环链表，带头双向循环链表
链表的实现
- 注意：这里实现的是无头单向非循环链表
增删查改接口
// 动态申请一个节点 SListNode* BuySListNode(SLTDateType x); // 单链表打印 void SListPrint(SListNode* plist); // 单链表尾插 void SListPushBack(SListNode** pplist, SLTDateType x); // 单链表的头插 void SListPushFront(SListNode** pplist, SLTDateType x); // 单链表的尾删 void SListPopBack(SListNode** pplist); // 单链表头删 void SListPopFront(SListNode** pplist); // 单链表查找 SListNode* SListFind(SListNode* plist, SLTDateType x); // 单链表在pos位置之后插入x void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLTDateType x); // 单链表删除pos位置之后的值 void SListEraseAfter(SListNode* pos);
节点结构体创建
typedef int SLTDateType;
typedef struct SListNode
{
SLTDateType data;
struct SListNode* next;
}SListNode; 节点开辟
对于链表来说，每需要空间就需要进行开辟，这里我们将之封装成一个函数，便于后续调用直接使用（开辟的同时进行赋值）
- 参考代码：
//链表节点开辟
SLTNode* BuySListNode(SLTDateType x)
{
//动态分配一个节点
SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
if (newnode == NULL)
{
//分配失败则打印错误信息并结束进程
perror("newnode fail:");
exit(-1);
}
//成功则进行赋值
newnode->data = x;
newnode->next = NULL;
//返回节点地址，以便后续操作
return newnode;
} 数据打印
- 注意：
1.对于不带头的链表来说，打印数据不需要修改链表首节点地址（故只要传链表指针）
2.用循环遍历链表，每打印数据，需要指向下一个节点
3.依靠尾节点的址域为NULL来结束循环
- 代码：
//链表数据打印
void SListPrint(SLTNode* phead)//一级指针接收一级指针（打印不需改变指针本身内容）
{
//创建一个寻址指针
SLTNode* cur = phead;
while (cur!=NULL)//后续还有节点
{
//打印数据并指向下一个节点
printf("%d->", cur->data);
cur = cur->next;
}
//最后打印空指针
printf("NULL\n");
return;
} 链表尾插数据
- 要尾插数据则需要遍历找到链表的尾节点
- 对于不带头链表，尾插数据也可能是插在链表首元素的地址（当链表为空），需要修改链表指针的内容（故需要传入链表指针的地址）
- 插入数据要开辟节点
- 代码：
//链表尾插数据
void SListPushBack(SLTNode** pphead, SLTDateType x)//二级指针接收一级指针（尾插存在需改变链表指针本身内容）
{
//避免传入错误(直接报错便于找到错误位置)
assert(pphead);
//接收新节点的地址
SLTNode* newnode=BuySListNode(x);
//头节点为空
if (*pphead == NULL)
{
*pphead = newnode;
}
else
{
//找尾节点
SLTNode* tail = *pphead;//创建寻址节点
//两个及以上节点的情况
while (tail->next != NULL)
{
//指向下一个节点
tail = tail->next;
}
//找到了
tail->next = newnode;
}
return;
} - 注意代码中的assert的作用：
- 正确传入链表指针的地址是不会为空的
- 但是对于非正常传入链表指针（不是链表指针的地址）且此时链表指针为空则会发生报错（assert报错会告诉错误位置），告诉程序员应该传入链表指针的地址
头删
注意：
- 删除前需要保存当前节点的址域（即保存下个节点的空间地址，以防丢失）
- 前删数据即删除当前链表首节点，即需修改链表指针的内容（故需传入链表指针的地址）
- 删除后修改链表指针内容，指向新的首节点
- 如果链表为空时无法删除（保存下个节点地址会造成非法访问）
代码：
//链表前删数据
void SListPopFront(SLTNode** pphead)
{
//避免传入错误(直接报错便于找到错误位置)
assert(pphead);
//链表为空的情况
if (*pphead == NULL)
{
return;
}
//创建指针保存第二个节点地址
SLTNode* next = (*pphead)->next;
//释放当前头结点空间
free(*pphead);
//更新头结点数据
*pphead = next;
return;
} 链表数据查找
注意：
- 查找时用循环遍历链表
- 对于查找数据不用修改链表指针的内容，故只需传入链表指针就行了
- 查找到时则返回节点地址，否则返回NULL
代码：
//链表数据查找
SLTNode* SListFind(SLTNode* phead, SLTDateType x)
{
//创建寻址指针
SLTNode* cur = phead;
while (cur!=NULL)
{
if (cur->data == x)//找到数据符合节点
{
return cur;//返回节点地址（好处：以便后续再寻找或修改）
}
else
{
//找下一个节点
cur = cur->next;
}
}
//未找到数据符合节点
return NULL;
} 链表pos位置前插数据
- 注意：
- 想要pos位置前插数据，不仅需要找到pos位置，还需要记录pos的前一个节点位置
- 传入的pos为NULL则报错
- 进行修改前节点的址域成新节点，并让新节点的址域修改成pos，这才是一个成功的pos位置前插数据
- 循环遍历链表查找pos位置，没有找到pos位置则什么也不干
- 代码：
//链表pos位置往前插入(较难)（还有在pos位置之后插入，简单点）
void SListInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDateType x)
{
//避免传入错误(直接报错便于找到错误位置)
assert(pphead);
assert(pos);
SLTNode* newnode = BuySListNode(x);
//首结点符合的情况
if (*pphead == pos)
{
newnode->next = *pphead;
*pphead = newnode;
}
else
{
//创建寻址指针
SLTNode* cur = *pphead;
while (cur !=NULL)
{
if (cur->next!= pos)
{
cur = cur->next;//找到下一节点
}
else // 找到对应空间
{
cur->next = newnode;
newnode->next = pos;
return;//结束寻找（否则会一直插入，造成死循环）
}
}
}
//未找到则什么也不干
return;
} 链表pos位置后插数据
- 注意：
后插则不用关注是否为首节点
也不用找到遍历找到前节点的位置
后插则先将新节点址域改成pos后节点地址再将pos的址域改成新节点地址
ps:一定要注意修改链接节点址域的先后，避免地址的丢失
- 代码：
//链表pos位置往后插入
void SListInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDateType x)
{
SLTNode* newnode = BuySListNode(x);
newnode->next = pos->next;
pos->next = newnode;
return;
} 链表pos位置数据删除
注意：
- 考虑删除首节点的情况，可能修改链表指针的内容，故需要传入链表指针的地址
- 对于删除节点，需要先保存pos位置下一个节点地址，将pos位置释放，再将pos位置前节点的址域改成pos位置后节点的地址，这才是成功的删除pos位置节点
- 循环找pos位置，没找到则什么也不干
- 参考代码:
//链表pos位置删除
void SListErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
//避免传入错误(直接报错便于找到错误位置)
assert(pphead);
assert(pos);
//头结点符合的情况
if (*pphead == pos)
{
*pphead = (*pphead)->next;
free(pos);
}
else
{
//创建寻址指针
SLTNode* cur = *pphead;
while (cur != NULL)
{
if (cur->next != pos)
{
cur = cur->next;//找到下一节点
}
else // 找到对应空间
{
SLTNode* next = cur->next->next;
free(cur->next);
cur->next = next;
return;//结束寻找
}
}
}
//未找到则什么也不干
return;
} 链表节点释放
- 注意:
- 对于动态开辟的内存空间，在使用后一定要记得的进行释放（避免造成内存泄漏）
- 因为链表节点是一个个开辟的，同样的释放也需要一个个进行释放
- 循环遍历释放当前节点前需保存后一个节点的地址，避免地址丢失无法释放
- 释放完后，还需将链表指针给置空（避免使用野指针）
- 参考代码:
//链表节点释放
void SListDestory(SLTNode** pphead)
{
//避免传入错误(直接报错便于找到错误位置)
assert(pphead);
//遍历释放
SLTNode* cur = *pphead;
while (cur)
{
//保存下一个地址
SLTNode* next = cur->next;
free(cur);
cur = next;
}
//置空
*pphead = NULL;
return;
} 链表与顺序表区别
链表的优缺点
- 优点
- 按需申请空间（空间使用合理）
- 插入效率高（不用像顺序表样挪动数据）
- 缺点
不支持随机访问（无法用下标直接访问）
顺序表的优缺点
优点
支持随机访问 (有些算法需要结构支持随机访问：二分查找，快排等)
缺点
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扩容空间有消耗（空间碎片化以及空间浪费）
插入数据需要挪动数据有消耗
