【数据结构】单链表（超详细讲解）c代码实现
文章目录
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- 1. 链表的相关概念
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- 1.1 为什么要引进链表
- 1.2 链表的概念
- 1.3 链表的组成
- 1.4 链表的物理结构
- 1.5 链表的分类
- 2. 无头单向不循环链表的实现
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- 2.1 单链表的声明
- 2.2 打印单链表
- 2.3 动态申请一个节点
- 2.4 释放所有节点
- 2.5 单链表尾插
- 2.6 单链表头插
- 2.7 单链表尾删
- 2.8 单链表头删
- 2.9 查找指定值的节点，并返回节点地址
- 2.10 在单链表的指定位置后插入指定值
- 2.11 删除指定位置pos的元素
- 3. 完整代码展示
1. 链表的相关概念
1.1 为什么要引进链表
我们已经掌握过了一种存储的数据结构了——顺序表。为什么我们还要引进链表呢？其实，顺序表存在了很多的问题，为了解决这些问题，我们就引进了链表的概念。
顺序表存在的问题：
- 顺序表的头插、头删或者从中间插入、删除，都需要挪动数据，时间复杂度为O(n)，效率较低。
- 顺序表增加数据一直需要判断空间是否不足，不足需要增容，最后还需要释放空间，消耗很大。
- 增容我们是按照2倍这样的方式增容的，当后面数据很大时，可能我们只需要几个空间了，然而我们突然开辟出2倍原来的空间，会造成严重的浪费空间的问题。
1.2 链表的概念
我们上一节学习了顺序表，顺序表是用一段物理地址连续的存储单元来存储数据的线性结构。而链表是采用一段物理地址不连续的存储结构，链表的基本操作是通过指针指向的方式实现的，通过指针的指向，可以使链表更加灵活。
1.3 链表的组成
链表是由众多节点组成的，链表中的每个元素称为节点。
节点的组成：
- 数据域：存储数据元素
- 指针域：存储下一个节点（元素）的地址
1.4 链表的物理结构
所有节点的地址不是连续的，链表在物理结构上不一定是线性的，但在逻辑结构上是线性的。
1.5 链表的分类
链表的形式非常多样化
- 单向、多向
- 带头节点、不带头节点（含哨兵位的头结点，不存储数据，只是一个结构，指向）
- 循环、非循环
- 链表中常见的两种结构
2. 无头单向不循环链表的实现
这节我们讲无头单向不循环链表，下一节我们讲带头双向循环链表
首先我们先创建一个工程：
- test.c—主函数、测试整个链表的流程
- SList.h—单链表的声明、接口函数的声明、引用的头文件
- SList.c—单链表接口函数的具体实现
2.1 单链表的声明
//定义单链表的节点
typedef struct SListNode
{
SLDataType data;//数据域
struct SListNode* next;//指针域
}SLTNode;
2.2 打印单链表
//打印单链表
//不会改变链表的头指针，传一级指针
void SListPrint(SLTNode* phead)
{
SLTNode* cur = phead;
while (cur != NULL)
{
printf("%d->", cur->data);//循环遍历单链表
cur = cur->next;//拿到当前节点的指针域，就可以找到下一个节点
}
printf("NULL\n");
}
2.3 动态申请一个节点
//动态申请一个节点，并返回节点的地址
SLTNode* BuySLTNode(SLDataType x)
{
SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
//检查是否开辟成功
if (newnode == NULL)
{
printf("malloc fail\n");
return;
}
//赋值操作
newnode->data = x;
newnode->next = NULL;
return newnode;
}
2.4 释放所有节点
//释放所有节点
void SListDestory(SLTNode** pphead)
{
assert(pphead != NULL);//断言
SLTNode* cur = *pphead;//找到第一个节点
while (cur != NULL)//遍历链表
{
SLTNode* next = cur->next;//先存储前一个节点的next值，防止把它释放了，找不到下一个节点了
free(cur);//释放节点
cur = next;
}
*pphead = NULL;//置空
}
2.5 单链表尾插
//尾插
void SListPushBack(SLTNode** pphead, SLDataType x)
{
SLTNode* newnode = BuySLTNode(x);//先动态申请一个节点
if (*pphead == NULL)
{
*pphead = newnode;//当单链表中没有元素时， 这个节点给pphead当成单链表的第一个元素
}
else//单链表中已经有元素了
{
//需要找到尾结点的指针
SLTNode* tail = *pphead;
while (tail->next != NULL)
{
tail->next;
}
tail->next = newnode;//找到最后一个节点，并把newnode赋给最后一个节点的next值
}
}
测试一下尾插：
注意1：
我这这里切记要记住，我们传plist的时候，一定要传pilist的指针。我们要传址而不是传值，传值只是创建一个临时变量phead，只会改变phead的值，并不会改变我们想要的plist的值。当我们传plist的值时，因为当链表为空时，我们要创建第一个节点，我们要改变plist的指向，让他指向第一个节点。但是初始的plist和phead都是指向NULL，调用函数后，phead指向了新节点，而plist还是指向了NULL。
注意2：
我们在进行尾插时，一定要分两步，当链表为空时，当链表不为空时。当链表为空时，plist直接指向新节点；当链表不为空时，先要找到链表的最后一个节点，然后将尾结点的next指向新节点。
2.6 单链表头插
//头插
void SListPushFront(SLTNode** pphead, SLDataType x)
{
assert(pphead != NULL);//断言
SLTNode* newnode = BuySLTNode(x);//动态申请一个节点
//注意顺序不能搞反了
newnode->next = *pphead;//新节点指向单链表的第一个节点，即新节点的next指针指向plist
*pphead = newnode;//plist指向头插的新节点
}
测试一下头插：
注意：单链表的头插我们不需要考虑单链表是否为空的情况，不管单链表是否为空，这样写都是正确的
2.7 单链表尾删
单链表的尾删一共有两种思路
思路一：找到单链表尾结点的上一个节点，通过上一个节点的next指针，找到最后一个节点
思路二：利用双指针的思路，分别找到单链表的尾结点和他的上一个节点
//尾删
void SListPopBack(SLTNode** pphead)
{
assert(pphead != NULL);//断言，检查是否传参错误
assert(*pphead);//断言，单链表不能为空
//分三种情况
//1.空，已经用断言排除过了
//2.一个节点
//3.一个节点以上
if ((*pphead)->next == NULL)//单链表只有一个节点
{
free(*pphead);//释放节点
*pphead = NULL;
}
//思路一：找到尾结点的上一个节点
//else//单链表有多个节点
//{
// SLTNode* tail = *pphead;
// while (tail->next->next != NULL)//找到尾结点的上一个节点
// {
// tail = tail->next;
// }
// free(tail->next);//释放尾结点
// tail->next = NULL;//置空
//}
//思路二：双指针
else//单链表有多个节点
{
SLTNode* prev = NULL;//尾结点的上一个节点
SLTNode* tail = *pphead;//尾结点
while (tail->next != NULL)
{
prev = tail;
tail = tail->next;
}
free(tail);//删除尾结点
prev->next = NULL;//置空
}
}
测试一下尾删：
2.8 单链表头删
//头删
void SListPopFront(SLTNode** pphead)
{
assert(pphead != NULL);//断言，检查是否传参错误
assert(*pphead);//断言，单链表不能为空
SLTNode* next = (*pphead)->next;//plist指向头结点的下一个节点，直接跳过第一个节点
free(*pphead);//释放头结点
*pphead = next;//plist指向原来的第二个节点
}
测试一下头删：
2.9 查找指定值的节点，并返回节点地址
//查找指定数据
SLTNode* SListFind(SLTNode* phead, SLDataType x)
{
SLTNode* cur = phead;
while (cur != NULL)//遍历单链表
{
if (cur->data == x)
{
return cur;
}
}
return NULL;//未找到，返回NULL
}
2.10 在单链表的指定位置后插入指定值
为什么不在pos位置前插入指定值？
- 单链表更适合在指定位置后插入指定值，如果在指定位置前插入，需要遍历链表找到指定位置的前一个节点。而在指定位置后插入数据，只需要找到pos位置就行了。C++官方库的链表给的也是在之后插入
//在pos的后面插入x
void SListInsert(SLTNode* pos, SLDataType x)
{
assert(pos);//断言
SLTNode* newnode = BuySLTNode(x);//动态申请一个节点
newnode->next = pos->next;//新节点的next指向pos位置的后一个节点
pos->next = newnode;//pos的next指向新节点的位置
}
2.11 删除指定位置pos的元素
//删除pos位置的节点
void SListErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
assert(pphead);
assert(pos);
assert(*pphead);
//当pos正好为第一个节点时，相当于头删
if (*pphead == pos)
{
SListPopFront(pphead);
}
else//pos在链表的中间位置
{
SLTNode* prev = *pphead;
while (prev->next != pos)
{
prev = prev->next;
}
prev->next = pos->next;//pos前一个节点指向pos的后一个节点
free(pos);//释放pos
pos = NULL;//置空
}
}
3. 完整代码展示
- SList.h
#pragma once
#include - SList.c
#include "SList.h"
//动态申请一个节点，并返回节点的地址
SLTNode* BuySLTNode(SLDataType x)
{
SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
//检查是否开辟成功
if (newnode == NULL)
{
printf("malloc fail\n");
exit(-1);
}
//赋值操作
newnode->data = x;
newnode->next = NULL;
return newnode;
}
//释放所有节点
//打印单链表
//不会改变链表的头指针，传一级指针
void SListPrint(SLTNode* phead)
{
SLTNode* cur = phead;
while (cur != NULL)
{
printf("%d->", cur->data);//循环遍历单链表
cur = cur->next;//拿到当前节点的指针域，就可以找到下一个节点
}
printf("NULL\n");
}
//释放所有节点
//void SListDestory(SLTNode** pphead)
//{
// assert(pphead != NULL);//断言
// SLTNode* cur = *pphead;//找到第一个节点
// while (cur != NULL)//遍历链表
// {
// SLTNode* next = cur->next;//先存储前一个节点的next值，防止把它释放了，找不到下一个节点了
// free(cur);//释放节点
// cur = next;
// }
// *pphead = NULL;//置空
//}
//尾插
void SListPushBack(SLTNode** pphead, SLDataType x)
{
assert(pphead != NULL);
SLTNode* newnode = BuySLTNode(x);//先动态申请一个节点
if (*pphead == NULL)
{
*pphead = newnode;//当单链表中没有元素时， 这个节点给pphead当成单链表的第一个元素
}
else//单链表中已经有元素了
{
//需要找到尾结点的指针
SLTNode* tail = *pphead;
while (tail->next != NULL)
{
tail = tail->next;
}
tail->next = newnode;//找到最后一个节点，并把newnode赋给最后一个节点的next值
}
}
//头插
void SListPushFront(SLTNode** pphead, SLDataType x)
{
assert(pphead != NULL);//断言
SLTNode* newnode = BuySLTNode(x);//动态申请一个节点
newnode->next = *pphead;//新节点指向单链表的第一个节点，即新节点的next指针指向plist
*pphead = newnode;//plist指向头插的新节点
}
//尾删
void SListPopBack(SLTNode** pphead)
{
assert(pphead != NULL);//断言，检查是否传参错误
assert(*pphead);//断言，单链表不能为空
//分三种情况
//1.空，已经用断言排除过了
//2.一个节点
//3.一个节点以上
if ((*pphead)->next == NULL)//单链表只有一个节点
{
free(*pphead);//释放节点
*pphead = NULL;
}
//思路一：找到尾结点的上一个节点
//else//单链表有多个节点
//{
// SLTNode* tail = *pphead;
// while (tail->next->next != NULL)//找到尾结点的上一个节点
// {
// tail = tail->next;
// }
// free(tail->next);//释放尾结点
// tail->next = NULL;//置空
//}
//思路二：双指针
else//单链表有多个节点
{
SLTNode* prev = NULL;//尾结点的上一个节点
SLTNode* tail = *pphead;//尾结点
while (tail->next != NULL)
{
prev = tail;
tail = tail->next;
}
free(tail);//删除尾结点
prev->next = NULL;//置空
}
}
//头删
void SListPopFront(SLTNode** pphead)
{
assert(pphead != NULL);//断言，检查是否传参错误
assert(*pphead);//断言，单链表不能为空
SLTNode* next = (*pphead)->next;//plist指向头结点的下一个节点，直接跳过第一个节点
free(*pphead);//释放头结点
*pphead = next;//置空
}
//查找指定数据
SLTNode* SListFind(SLTNode* phead, SLDataType x)
{
SLTNode* cur = phead;
while (cur != NULL)//遍历单链表
{
if (cur->data == x)
{
return cur;
}
}
return NULL;//未找到，返回NULL
}
//在pos的后面插入x
void SListInsert(SLTNode* pos, SLDataType x)
{
assert(pos);//断言
SLTNode* newnode = BuySLTNode(x);//动态申请一个节点
newnode->next = pos->next;//新节点的next指向pos位置的后一个节点
pos->next = newnode;//pos的next指向新节点的位置
}
//删除pos位置的节点
void SListErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
assert(pphead);
assert(pos);
assert(*pphead);
//当pos正好为第一个节点时，相当于头删
if (*pphead == pos)
{
SListPopFront(pphead);
}
else//pos在链表的中间位置
{
SLTNode* prev = *pphead;
while (prev->next != pos)
{
prev = prev->next;
}
prev->next = pos->next;//pos前一个节点指向pos的后一个节点
free(pos);//释放pos
pos = NULL;//置空
}
}