【数据机构】2. 线性表之“链表”

news2025/5/18 4:10:59

- 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data1data2data3
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:

  1. 单向、双向
  2. 箭头、不带箭头
  3. 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data1data2data3
    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data1data2data3
    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
  1. 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

  2. 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

  3. 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

  4. 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
}

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