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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

1. 要尾插数据则需要遍历找到链表的尾节点
2. 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）
3. 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：

1. 正确传入链表指针的地址是不会为空的
2. 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：

  1. 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）
  2. 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）
  3. 删除后修改链表指针内容，指向新的首节点
  4. 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：

  1. 查找时用循环遍历链表
  2. 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
  3. 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：

1. 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
2. 传入的pos为NULL则报错
3. 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
4. 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：

1. 后插则不用关注是否为首节点

2. 也不用找到遍历找到前节点的位置

3. 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：

  1. 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
  2. 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
  3. 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:

1. 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）
2. 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
3. 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
4. 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

1. 按需申请空间（空间使用合理）
2. 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

1. 扩容空间有消耗（空间碎片化以及空间浪费）

2. 插入数据需要挪动数据有消耗