数据结构-单链表（C语言简单实现）

news2025/11/1 5:06:42

简介

以顺序结构进行数据存储时，它的特点就是可以用一组任意的存储单元存储数据元素，这组存储单元可以是连续的，也可以是不连续的，这些数据可以存在内存未被占用的任意位置。它也是有缺点的，就是在插入和删除时需要移动大量的元素，需要耗费一点时间。

以下是它的一个示意图

单链表

想要创建这样的数据结构，首先需要使用结构体先定义一个节点:

typedef struct node
{
    int data;  // 数据
    struct node *next;  // 指向下一个节点的地址
}node_t;

然后需要使用结构体定义单链表:

typedef struct list
{
    struct node *head;  // 头部
    struct node *tail;  // 尾部
}list_t;

相关函数

  • 首先需要定义一个静态函数用于创建节点
static node_t *create_node(int data)
{
    node_t *pnew = malloc(sizeof(node_t));  // 分配内存空间
    pnew->data  = data;  // 分配数据
    pnew->next = NULL;  // 默认指向空
    return pnew;  // 返回地址
}
  • 初始化函数

图片.png

void list_init(list_t *plist)
{
    plist->head = create_node(0);  // 为头部创建一个节点
    plist->tail = create_node(0);  // 为尾部创建一个节点
    plist->head->next = plist->tail;  // 头部的next指向尾部
    plist->tail->next = NULL;  // 尾部的next指向NULL
}
  • 释放单链表的函数

图片.png

void list_deinit(list_t *plist)
{
    node_t *pnode = plist->head;  // 将pnode指向头部
    // 当pnode非空时，进行循环，说明还有数据
    while(pnode)
    {
        node_t *ptmp = pnode->next;  // 备份pnode的next
        free(pnode);  // 释放pnode
        pnode = ptmp;  // 将之前pnode的next指向现在的pnode
    }
}
  • 遍历单链表

图片.png

void list_travel(list_t *plist)
{
    // 遍历: 首先将pnode指向head,直到pnode指向tail结束，pnode每次往后移一位
    for(node_t *pnode = plist->head; pnode != pnode->tail; pnode = pnode->next)
    {
        // 三个游标
        node_t *pfirst = pnode;
        node_t *pmid = pfirst->next;
        node_t *plast = pmid->next;
        if(pmid != pnode->tail)
            printf("%d ", pmid->data);
    }
    printf("\n");
}
  • 按照顺序添加数据到单链表中

图片.png

void list_add(list_t *plist, int data)
{
    // 1. 创建一个新的节点
    node_t *pnew = create_node(data);
    // 2. 遍历链表
    for(node_t *pnode = plist->head; pnode != plist->tail; pnode = pnode->next)
    {
        // 2.1 三个游标
        node_t *pfirst = pnode;
        node_t *pmid = pfirst->next;
        node_t *plast = pmid->next;
        // 2.2 当找到比data大的数据，就插入到它后面，或者找到最后都没找到比它大的，就插到最后
        if(pmid->data > pnew->data || pmid == plist->tail)
        {
            pfirst->next = pnew;
            pnew->next = pmid;
            break;
        }
    }
}
  • 前插函数(将数据插到最前面)

图片.png

void list_add_first(list_t *plist, int data)
{
    // 1. 创建一个新的节点
    node_t *pnew = create_node(data);
    // 2. 备份头部的next
    node_t *ptmp = plist->head->next;
    // 3. 将头部的next指向新节点
    plist->head->next = pnew;
    // 4. 将新节点的next指向之前头部指向next
    pnew->next = ptmp;
}
  • 后插函数(将数据插到最后面)

图片.png

void list_add_last(list_t *plist, int data)
{
    // 1. 创建一个新的节点
    node_t *pnew = create_node(data);
    // 2. 遍历链表
    for(node_t *pnode = plist->head; pnode != plist->tail; pnode = pnode->next)
    {
        // 2.1 三个游标
        node_t *pfirst = pnode;
        node_t *pmid = pfirst->next;
        node_t *plast = pmid->next;
        // 2.2 当pmid执行plist->tail时，插入
        if(pmid == plist->tail)
        {
            pfirst->next = pnew;
            pnew->next = pmid;
            break;
        }
    }
}
  • 删除指定数据所在的节点

图片.png

void list_del(list_t *plist, int data)
{
    // 1. 遍历链表
    for(node_t *pnode = plist->head; pnode != plist->tail; pnode = pnode->next)
    {
        // 1.1 三个游标
        node_t *pfirst = pnode;
        node_t *pmid = pfirst->next;
        node_t *plast = pmid->next;
        // 1.2 当找到数据相等的，并且此数据不是尾节点，因为尾节点是初始化定义的
        if(data == pmid->data && pmid != plist->tail)
        {
            pfirst->next = plast;
            free(pmid);  // 此时pmid就是要删除的那个节点
            break;
        }
    }
}

示例代码

创建三个文件: list.c、list.h、main.c，实现上面的相关函数

  • list.c
#include "list.h"

// 定义分配节点内存函数
static node_t *create_node(int data)
{
    node_t *pnew = malloc(sizeof(node_t));
    pnew->data = data;
    pnew->next = NULL;
    return pnew;
}

// 初始化
void list_init(list_t *plist)
{
    // 1. 给首尾分配内存
    plist->head = create_node(0);
    plist->tail = create_node(0);
    // 2. 头指向尾
    plist->head->next = plist->tail;
    // 3. 尾指向空
    plist->tail->next = NULL;
}

// 释放
void list_deinit(list_t *plist)
{
    // 1. 取到单链表的头部
    node_t *pnode = plist->head;
    // 2. 当头部不为空的时候，说明还有数据，继续循环
    while (pnode)
    {
        // 2.1 备份pnode->next
        node_t *ptmp = pnode->next;
        // 2.2 释放pnode
        free(pnode);
        // 2.3 重新指定pnode是ptmp
        pnode = ptmp;
    }
}

// 遍历数据单链表
void list_travel(list_t *plist)
{
    for (node_t *pnode = plist->head; pnode != plist->tail; pnode = pnode->next)
    {
        // 创建三个游标
        node_t *pfirst = pnode;
        node_t *pmid = pfirst->next;
        node_t *plast = pmid->next;
        // 判断pmid是有效节点
        if (pmid != plist->tail)
        {
            printf("%d ", pmid->data);
        }
    }
    printf("\n");
}

// 按顺序添加数据到单链表中
void list_add(list_t *plist, int data)
{
    // 1. 创建新的节点
    node_t *pnew = create_node(data);
    // 2. 遍历单链表
    for (node_t *pnode = plist->head; pnode != plist->tail; pnode = pnode->next)
    {
        // 2.1 创建三个游标
        node_t *pfirst = pnode;
        node_t *pmid = pfirst->next;
        node_t *plast = pmid->next;
        // 2.2 判断当找到pmid的数据大于等于data或者找到最后都没找到比data大的，就插到最后
        if (pmid->data >= pnew->data || pmid == plist->tail)
        {
            // 2.2.1 放在pmid后面,pfirst的前面
            pfirst->next = pnew;
            pnew->next = pmid;
            break;
        }
    }
}

// 前插函数
void list_add_first(list_t *plist, int data)
{
    // 1. 创建新的节点
    node_t *pnew = create_node(data);
    // 2. 备份头部的next
    node_t *ptmp = plist->head->next;
    // 3. 将头部的next指向新的节点
    plist->head->next = pnew;
    // 4. 将新的节点next指向之前头部的next
    pnew->next = ptmp;
}

// 后插函数
void list_add_last(list_t *plist, int data)
{
    // 1. 创建新的节点
    node_t *pnew = create_node(data);
    // 2. 遍历节点，找到tail前面的节点
    for (node_t *pnode = plist->head; pnode != plist->tail; pnode = pnode->next)
    {
        // 2.1 创建三个游标
        node_t *pfirst = pnode;
        node_t *pmid = pfirst->next;
        node_t *plast = pmid->next;
        // 2.2 当pmid==tail时，说明pfirst是tail前面的节点
        if (pmid == plist->tail)
        {
            // 2.2.1 将pfirst的next指向pnew
            pfirst->next = pnew;
            // 2.2.2 将pnew的next执行tail(pmid)
            pnew->next = pmid;
            break;
        }
    }
}

// 删除指定数字所在所在的节点
void list_del(list_t *plist, int data)
{
    // 1. 遍历单链表
    for (node_t *pnode = plist->head; pnode != plist->tail; pnode = pnode->next)
    {
        // 1.1 三个游标
        node_t *pfirst = pnode;
        node_t *pmid = pfirst->next;
        node_t *plast = pmid->next;
        // 1.2 当找到数据相等的，并且此数据不是尾节点，因为尾节点是初始化定义的
        if (data == pmid->data && pmid != plist->tail)
        {
            // 1.2.1 将pfirst的next指向plast
            pfirst->next = plast;
            // 1.2.2 释放pmid
            free(pmid);
            break;
        }
    }
}
  • list.h声明单链表的相关函数和定义节点和单链表
#ifndef __LIST_H
#define __LIST_H

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// 定义节点
typedef struct node
{
    int data;
    struct node *next;
} node_t;

// 声明单链表的结构体
typedef struct list
{
    node_t *head; // 保存头节点的地址
    node_t *tail; // 保存尾节点的地址
} list_t;

extern void list_init(list_t *plist);
extern void list_deinit(list_t *plist);
extern void list_travel(list_t *plist);
extern void list_add(list_t *plist, int data);
extern void list_add_first(list_t *plist, int data);
extern void list_add_last(list_t *plist, int data);
extern void list_del(list_t *plist, int data);

#endif
  • main.c主函数使用单链表
#include "list.h"

int main(void)
{
    // 1. 创建单链表
    list_t list;
    // 2. 初始化单链表
    list_init(&list);
    // 3. 插入三个数据10 30 20
    printf("插入三个数据10 30 20,结果应该排好顺序的: ");
    list_add(&list, 10);
    list_add(&list, 30);
    list_add(&list, 20);
    // 4. 循环遍历输出单链表
    list_travel(&list);
    // 5. 在头部插入一个15
    printf("在头部插入15: ");
    list_add_first(&list, 15);
    // 6.遍历输出单链表
    list_travel(&list);
    // 7. 在尾部插入一个1
    printf("在尾部插入一个1: ");
    list_add_last(&list, 1);
    // 8. 遍历输出
    list_travel(&list);
    // 9. 删除一个20
    printf("删除一个20: ");
    list_del(&list, 20);
    // 10. 遍历输出
    list_travel(&list);
    // 11. 释放整个链表
    list_deinit(&list);
    return 0;
}

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