- 第 97 篇 -
Date: 2025 - 05 - 16
Author: 郑龙浩/仟墨
【数据结构 2】
续上一篇
线性表之“顺序表”
文章目录
- 3 链表(用指针来首位相连)
- ① 基本介绍
- ② 分类 与 变量命名
- 1 )分类:
- 2 )大体介绍不同结构:
- ③ “单链表” 的实现:
- **主程序文件`test.c`**
- **接口文件`LinkList.h`**
- **接口实现文件`LinkList.c`**
3 链表(用指针来首位相连)
一定要注意:头插头删之类的时候尽量使用二级指针!!!!
二级指针直接修改头指针,避免“无中生有”或“丢失链表”
插入或删除头节点时,需更新外部的头指针
二级指针能直接修改头节点或
next
指针,减少冗余代码口诀:“改头换面用二级,只读遍历用一级”
也就是,如果是只是读取无需改变,用一级指针;如果需要改变链表 ,则用二级指针
一级指针使用情况
- 只需读取节点内容,不修改指针本身。(不插入删除结点)
- 无法直接修改头指针:若函数内需要修改链表头(如头插法),调用方的头指针不会被更新
注意:
只要是通过
malloc/calloc/realloc
动态分配的内存,都必须用free()
释放,否则指针将丢失,内存一直被占用,导致内存泄漏
① 基本介绍
一种逻辑上连续,物理上非连续 的线性结构
链表其实就是针对顺序表的缺点来进行设计的,比如中间或开头插入的时候效率很低,而链表效率就高
线性表的另一种物理实现方式,基于节点 + 指针的离散存储
- 物理上可能非连续,逻辑顺序通过指针维护,所以逻辑上可以认为是连续的
- 不支持随机访问(需从头遍历,时间复杂度
O(n)
) - 插入/删除只需修改指针(时间复杂度
O(1)
)
结构如下:
- 数据域:存储数据
- 指针域:存储该数据的地址
- 结点:数据域与指针域结合 –> 结点
结点 | 头节点 | 第1个结点 | 第2个结点 | 第3个结点 | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
数据 | data1 | data2 | data3 | ||||
指针 | 头指针 | –> | p1 | –> | p2 | –> | p3 |
② 分类 与 变量命名
1 )分类:
实际上链表结构非常的多,以下情况组合起来有8种结构:
- 单向、双向
- 箭头、不带箭头
- 循环、非循环
一般常用只有两种:
-
无头单向非循环链表
结点 头节点 第1个结点 第2个结点 第3个结点 第4个结点 数据 data1 data2 data3 指针 头指针 –> p1 –> p2 –> p3 -
带头双向循环链表
结点 头节点 第1个结点 第2个结点 第3个结点 数据 data1 data2 data3 指针 头指针 <–> p1 <–> p2 <–> p3 └─← <– <– <– <– <– ↲
2 )大体介绍不同结构:
开头统一:
typedef int ElemType; // 将 int 重命名为 ElemType
-
单链表
-
结构体类型(单链表存储结构)
整个结构体为一个结点
// 单链表结点 typedef struct SListNode { int data; // 数据域 struct SListNode *next; // 指针域(指向下一个节点) } SListNode;
-
函数名
统一为
SList + 操作名
, 前缀为SList
-
-
静态链表
-
结构体类型名(静态链表存储结构)
整个结构体为一个结点
// 静态链表节点(用数组下标代替指针) typedef struct StaticListNode { ElemType data; // 数据域 int cur; // 下一个节点的数组下标(-1表示NULL) } StaticListNode;
-
函数名
统一为
StaticList + 操作名
, 前缀为SList
-
-
循环链表(循环链表存储结构)
-
结构体类型名
整个结构体为一个结点
// 循环链表节点(与单链表结构相同,但尾节点指向头节点) typedef struct CListNode { int data; struct CListNode *next; } CListNode;
-
函数名
统一为
CList + 操作名
, 前缀为SList
-
-
双链表
-
结构体类型名(双链表存储结构)
整个结构体为一个结点
// 双链表节点 typedef struct DListNode { int data; struct DListNode *prev; // 前驱指针 struct DListNode *next; // 后继指针 } DListNode;
-
函数名
统一为
DList + 操作名
, 前缀为SList
-
③ “单链表” 的实现:
phead
表示一级指针
pphead
表示二级指针
主程序文件test.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include "SListNode.h"
SListNode L;
void Check1() {
SListNode* L = NULL; // 指向 “头结点”
printf("\n尾插三次: 1~3\n");
SListPushBack(&L, 1);
SListPushBack(&L, 2);
SListPushBack(&L, 3);
SListPrint(L);
printf("长度为: %d\n", SlistSize(L));
printf("\n尾删3次\n");
SListPopBack(&L);
SListPrint(L);
SListPopBack(&L);
SListPrint(L);
SListPopBack(&L);
SListPrint(L);
printf("长度为: %d\n", SlistSize(L));
printf("\n头插三次: 1~3\n");
SListPushFront(&L, 1);
SListPushFront(&L, 2);
SListPushFront(&L, 3);
SListPrint(L);
printf("长度为: %d\n", SlistSize(L));
printf("\n头删3次\n");
SListPopFront(&L);
SListPrint(L);
SListPopFront(&L);
SListPrint(L);
SListPopFront(&L);
SListPrint(L);
printf("长度为: %d\n", SlistSize(L));
}
// 测试代码2
Check2() {
SListNode* L = NULL; // 新建链表
printf("\n尾插三次: 1~3\n");
SListPushBack(&L, 1);
SListPushBack(&L, 2);
SListPushBack(&L, 3);
SListPrint(L);
int num1, num2;
printf("请输入num1查到的值与num2想修改成的值\n");
scanf("%d%d", &num1, &num2);
printf("\n查找数据num1,若找到则变为数据num2\n");
SListNode* pos = SListFind(L, num1); // pos 指向链表中存放数据num1的结点
if (pos != NULL) { // 如果找到了num1,则将数据 num1 换成 num2
printf("找到了!\n");
pos->data = num2;
SListPrint(L); //打印改变之后的 “链表”
}
else {
printf("没有找到");
}
}
void Check3() {
SListNode* L = NULL; // 新建链表
printf("\n尾插三次: 1~3\n");
SListPushBack(&L, 1);
SListPushBack(&L, 2);
SListPushBack(&L, 3);
SListPrint(L);
SListInsert(&L, SListFind(L, 2), 666);
SListPrint(L);
SListInsert(&L, SListFind(L, 1), 777);
SListPrint(L);
SListInsert(&L, L, 0);
SListPrint(L);
SListInsert(&L, SListFind(L, 66) + 1, 777);
SListInsert(&L, NULL, 0);
SListPrint(L);
// 删除第一个结点
SListErase(&L, SListFind(L, 0));
SListPrint(L);
// 删除中间结点
SListErase(&L, SListFind(L, 666));
SListPrint(L);
// 删除不存在的结点
SListNode a = { 99, NULL };
SListErase(&L, &a);
SListPrint(L);
// 全删除后链表为空
SListNode* LLL = NULL;
SListPushBack(&LLL, 1);
SListPrint(LLL);
SListErase(&LLL, SListFind(LLL, 1));
SListPrint(LLL);
}
// 目录
void memo() {
}
int main(void) {
//Check1();
//Check2();
Check3();
return 0;
}
接口文件LinkList.h
#pragma once
#include "stdio.h"
#include "SListNode.h"
#include "stdlib.h"
typedef int ElemType; // 将 int 重命名为 ElemType,element意思元素
// 单链表结点
typedef struct SListNode {
int data; // 数据域
struct SListNode* next; // 指针域(指向下一个节点)
} SListNode;
// 动态申请一个新的结点 因为插入当中申请新结点的代码太多了,为了避免冗余代码,将重复代码部分重新封装成了一个新的函数
SListNode* BuySListNode(ElemType x);
// 打印
void SListPrint(SListNode* phead);
// 获取链表宽度(结点数量)
size_t SlistSize(SListNode* phead);
// 头插
void SListPushFront(SListNode** pphead, ElemType x);
// 头删
void SListPopBack(SListNode** pphead);
// 尾插
void SListPushBack(SListNode** pphead, ElemType x);
// 尾删
void SListPopBack(SListNode** pphead);
// 查找
SListNode* SListFind(SListNode* phead, ElemType x);
// 在pos位置之前插入x
void SListInsert(SListNode** pphead, SListNode* pos, ElemType x);
// 删除pos位置的值
void SListErase(SListNode** pphead, SListNode* pos);
接口实现文件LinkList.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include "stdio.h"
#include "SListNode.h"
#include "stdlib.h"
SListNode* BuySListNode(ElemType x) {
// 申请一个新的结点
SListNode* NewNode = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode)); // 为新节点申请内存空间
// 养成习惯:判断申请内存是否成功 虽然大概是成功的,但是还是要养成这个习惯
if (NewNode == NULL) {
printf("申请内存失败!\n");
exit(-1);
}
NewNode->data = x; // 新节点 存入数据x
NewNode->next = NULL; // 新节点 指向NULL(初始化),避免越界访问到其他地址
return NewNode;
}
// 打印
void SListPrint(SListNode* phead) {
SListNode* current = phead; // 当前结点的“地址”
while (current != NULL) {
printf("%d -> ", current->data); // 打印当前结点中的‘data’
current = current->next; // 指向下一个“结点”
}
printf("NULL\n");
}
// 获取链表宽度(结点数量)
size_t SlistSize(SListNode* phead) {
size_t len = 0; // 长度初始化为0
SListNode* current = phead; // 遍历链表
while (current != NULL) { // 当前节点不为空时计数
len++; // 结点数量++
current = current->next; // 当前结点指向下一个结点
}
return len; // 返回链表长度
}
// 头插
void SListPushFront(SListNode** pphead, ElemType x) {
SListNode* NewNode = BuySListNode(x); // 创建新的结点
NewNode->next = *pphead; // 让新的结点指向“原来的第一个结点”
*pphead = NewNode; // 让存放第一个结点地址的*pphead变成存放新结点的地址,也就是让第一个结点变为新的结点 NewNode
}
// 头删
void SListPopFront(SListNode** pphead) {
// 三种情况: 1 链表为空 2 链表只有一个结点 3 链表有大于1个的结点
if (*pphead == NULL) { // 链表为空,表示无任何结点,则不进行删除操作
return;
}
else if ((*pphead)->next == NULL){ // 链表只有一个结点
free(*pphead); // 释放第一个结点的内存空间,将内存还给操作系统
*pphead = NULL; // *pphead = NULL; // 将头指针置空,避免指向已释放的内存(野指针)
}
else {
SListNode* next = (*pphead)->next; // 保护第二个结点,避免释放第一个结点内存后找不到第二个结点
free(*pphead); // 释放第一个结点
*pphead = next; // 让头指针指向第二个结点
}
}
// 尾插
void SListPushBack(SListNode** pphead, ElemType x) {
SListNode* NewNode = BuySListNode(x); // 先开辟一个新的结点
// 判断第一个结点是否为空,若为空,则开辟空间(也就是该链表没有任何数据)
if (*pphead == NULL) { // 若节点为空
*pphead = NewNode; // 让第一个结点指向新的结点
} else {
// 找到最后一个结点
SListNode* tail = *pphead; // tail 翻译:尾
// 找尾结点
while (tail->next != NULL) { // 只要当前结点指向NULL,就表示没有下一个结点了,就表示了当前结点就是最后一个结点
tail = tail->next;
}
tail->next = NewNode; // 将原链表的最后一个结点指向新的节点
}
}
// 尾删
void SListPopBack(SListNode** pphead) {
// 三种情况:1 链表为空(头结点指向 NULL,也就是无结点) 2 只有一个结点 3 有 多于 1 个的结点
if (*pphead == NULL) {
return;
}
else if ((*pphead)->next == NULL) {
free(*pphead); // 释放第一个结点的内存
*pphead = NULL; // *pphead = NULL; // 将头指针置空,避免指向已释放的内存(野指针)
}
else {
SListNode* previous = NULL; // taile的前驱结点 最终找到的是倒数第二个结点
SListNode* tail = *pphead; // previous的后驱结点 最终找到的是最后一个结点
while (tail->next != NULL) { // 寻找 最后结点
previous = tail; // 指向后指针
tail = tail->next; // 指向下一个结点
}
free(tail); // 释放最后一个结点的内存空间
previous->next = NULL; // 让倒数第二个结点指向NULL,而非最后一个结点,因为最后一个结点已经是“野指针”
}
}
// 查找 返回存放x的结点的地址(一级指针)
SListNode* SListFind(SListNode* phead, ElemType x) {
SListNode* current = phead; // 遍历链表
while (current != NULL && current->data != x) { // 如果结点非空且当前结点的data不是x,,则找下一个
current = current->next; // 找到下一个结点
}
return current; // current 会有两种情况,一种是存放x的结点,一种是没找到存放NULL空地址
}
// 在pos位置之前插入x
void SListInsert(SListNode** pphead, SListNode* pos, ElemType x) {
if (*pphead == NULL) { // 若没结点,则不删除
return;
}
// 1 pos 是否合法 2 pos 是否指向第一个结点 3 pos 指向第一个以后的结点
if (pos == NULL) { // 地址不对
printf("pos地址为空地址,不合法\n");
return;
}
if (*pphead == pos) { // pos 指向第一个结点
SListPushFront(pphead, x); // 直接尾插一个x
return;
}
SListNode* previous = *pphead; // pos
// 找到前驱结点
while (previous != NULL && previous->next != pos) {
previous = previous->next; // 指向下一个结点
} // previous 在退出循环的时候的两种情况:1 找到前驱 2 没找到,存NULL指针
// 插入x
if (previous != NULL) { // 找到了
SListNode* NewNode = BuySListNode(x); // 申请一个新的结点
NewNode->next = pos; // 新的结点指向 pos 结点
previous->next = NewNode; // pos的前驱结点指向新的结点
} else {
printf("没找到!\n");
return;
}
}
// 删除pos位置的值
void SListErase(SListNode** pphead, SListNode* pos) {
// 情况:1 pos 是否合法 2 pos 是否指向第一个结点 3 pos 指向第一个以后的结点
// 如果pos指向空,则结点的地址不合法
if (pos == NULL) {
printf("pos地址为空,不合法!");
return;
}
// 如果pos指向第一个结点
if (pos == *pphead) {
SListPopFront(pphead); // 直接头删
return;
}
SListNode* previous = *pphead; // pos 的前驱结点
// 找到 pos 的前驱结点
while (previous != NULL && previous->next != pos) {
previous = previous->next; // 指向下一个结点
}
if (previous == NULL) {
printf("未找到要删除的结点\n");
return;
}
previous->next = pos->next; // 让 pos 前驱节点指向 pos 的后驱结点
free(pos); // 释放pos结点的内存空间
}