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数据结构-链表_链表数据结构

作者：AllinToyou | 2024-04-22 21:12:05

踩

链表数据结构

1、链表的概念及结构

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。

注意：

链表在逻辑上是连续的，但是在物理上不一定连续。
现实中的节点一般都是从堆上申请出来的
从堆上申请的空间，是按照一定的策略分配的，两次申请的空间可能连续，也可能不连续

2、链表的分类

实际中链表的结构非常多样，以下情况组合起来就有8种链表结构：

虽然有这么多的链表的结构，但是我们实际中最常用还是两种结构：

1. 无头单向非循环链表：结构简单，一般不会单独用来存数据。实际中更多是作为其他数据结构的子结构，如哈希桶、图的邻接表等等。

2. 带头双向循环链表：结构最复杂，一般用在单独存储数据。实际中使用的链表数据结构，都是带头双向循环链表。

3、单链表的实现

3.1定义单向链表的结构体

这里用typedef重新定义了int类型的名称，方便以后更换类型。


typedef int SLTDateType;
 
typedef struct SListNode
{
	SLTDateType data;
	struct SListNode* next;
}SListNode;

3.2 创建一个新节点

用malloc在堆上申请一个 SListNode 结构体大小的空间，这里在vs2019上面要对malloc开的空间进行判断，为空就报错误码，退出。不为空就继续，把x的值赋给data，让新节点的next指向空，这样一个新节点就创建好了，返回结构体指针。


// 动态申请一个节点
SListNode* BuySListNode(SLTDateType x)
{
	SListNode* newnode = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode));
 
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	
	return newnode;
}

3.3 单链表打印

这里的打印需不需要判空呢？答案是不需要，因为链表如果为空，那么plist肯定会指向空，所以在这里判断了也没用，单链表为空不打印是很正常的。

用一个指针cur指向头节点plist，遍历链表，如果cur不为空就继续，输出链表节点的值，这里的cur = cur->next;类似于++，表示指向下一个节点。


// 单链表打印
void SListPrint(SListNode* plist)
{
	SListNode* cur = plist;
 
	while (cur != NULL)
	{
		printf("%d->",cur->data);
		cur = cur->next;
	}
 
	printf("NULL\n");
}

3.4 单链表尾插

这里的参数如果用一级指针，那么对函数内部的链表插入，并不会修改外部的链表。因为这里用一级指针相当于传值传参，因为刚开始链表为空，要想给链表插入第一个节点需要传二级指针。相当于是给一个函数传值，修改函数内部的变量，不会对外部的变量做修改，要想修改必须要传指针。

这里尾插稍微复杂一点，有两种情况，一链表里没有节点，那么创建一个新节点，让头指针指向新节点即可；二链表里有节点，定义一个cur指针，先让它指向头结点，遍历链表，直到cur指向最后一个节点，把新节点连在尾结点上即可，尾插完成。这里不用考虑新节点的next，因为创建的时候就已经让它指向空了。


// 单链表尾插
void SListPushBack(SListNode** pplist, SLTDateType x)
{
	assert(pplist);
 
	SListNode* newnode = BuySListNode(x);
 
	//1.没有节点
	//2.多个节点
	if (*pplist == NULL)
	{
		*pplist = newnode;
	}
	else
	{
		SListNode* cur = *pplist;
		while (cur->next != NULL)
		{
			cur = cur->next;
		}
		cur->next = newnode;
	}
}

3.5 单链表头插

这里二级指针就不过多解释了。二级指针相当于是一级指针的地址，地址不能为空，所以要判断一下，以防对空指针解引用。

头插比较简单，创建一个新节点，把新节点的next指向头结点，把原本指向头结点的指针指向新节点，头插就完成了。


// 单链表的头插
void SListPushFront(SListNode** pplist, SLTDateType x)
{
	assert(pplist);
 
	SListNode* newnode = BuySListNode(x);
 
	newnode->next = *pplist;
	*pplist = newnode;
}

3.6 单链表尾删

同样尾删也稍微复杂一些，有三种情况，一链表为空链表，判断链表里是否为空，为空就返回；二链表只有一个节点，直接释放掉指针指向的空间就可以了，把头指针置空，表示为空链表；三链表里有多个节点，创建一个指针del指向头节点，遍历链表让del指针指向倒数第二个节点，释放掉del的下一个节点，这里为什么这样做？是因为如果直接指向最后的节点，释放空间后，那么尾结点的前一个节点还是会指向释放掉的空间，会出现野指针问题，所以要注意！


// 单链表的尾删
void SListPopBack(SListNode** pplist)
{
	assert(pplist);
	if (*pplist == NULL)
	{
		return;
	}
	if ((*pplist)->next == NULL)
	{
		free(*pplist);
		*pplist = NULL;
	}
	else
	{
		SListNode* del = *pplist;
		while (del->next->next != NULL)
		{
			del = del->next;
		}
		free(del->next);
		del->next = NULL;
	}
}

3.7 单链表头删

头删比较简单，首先判断链表里是否为空，为空就返回，因为没有链表可以删了。链表里有节点，就先创建一个指针del指向头节点，让头指针指向头结点的下一个节点（因为不指向下一个节点，释放空间后就找不到下一个节点了），释放del指针指向的空间，养成好习惯给del指针置空，头删结束。


// 单链表头删
void SListPopFront(SListNode** pplist)
{
	assert(pplist);
	if (*pplist == NULL)
	{
		return;
	}
	
	SListNode* del = *pplist;
	*pplist = del->next;
	free(del);
	del = NULL;
}

3.8 单链表查找

这里不需要对链表进行修改，所以传一级指针也没有问题。定义一个指针cur，指向头结点，遍历链表，如果cur里data的值等于x，那么就返回当前的节点，如果找不到返回空。


// 单链表查找
SListNode* SListFind(SListNode* plist, SLTDateType x) 
{
	SListNode* cur = plist;
 
	while (cur)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}
		cur = cur->next;
	}
	return NULL;
}

3.9 单链表在pos位置之后插入x

首先判断pos是不是空指针，然后创建一个新节点，让新节点的next指向pos节点的下一个节点，而后再让pos的next指针指向新节点，插入完成。


// 单链表在pos位置之后插入x
// 分析思考为什么不在pos位置之前插入？  
//因为单链表找pos前面的位置比较麻烦，而且如果pos是第一个节点，那么还需要修改plist，
//所以不建议在pos之前插入，如果非得前插，那么定义两个指针即可。
void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLTDateType x)
{
	assert(pos);
	SListNode* newnode = BuySListNode(x);
	newnode->next = pos->next;
	pos->next = newnode;
}

3.10 单链表删除pos位置之后的值

这里如果删除pos位置的节点，前后链接就比较麻烦所以直接删除pos之后的值会简单一些。

如果pos位置后面没有节点，那么就直接返回，如果有节点，先定义一个指针指向pos节点的下一个节点，然后让pos节点的next直接指向下一个节点的下一个节点（跳过pos之后的节点），释放掉del指向的节点就完成了。


// 单链表删除pos位置之后的值
// 分析思考为什么不删除pos位置？
//因为删除pos位置后，pos之前的位置找的话比较麻烦
void SListEraseAfter(SListNode* pos)
{
	assert(pos);
 
	if (pos->next == NULL)
	{
		return;
	}
	SListNode* del = pos->next;
	pos->next = del->next;
	free(del);
}

3.11 单链表的销毁

定义一个指针prve指向头结点，，从头节点开始一个节点一个节点的销毁，定义一个cur指向prve的下一个节点，释放掉prve节点的空间，让prve指向cur节点，重复循环，直至节点释放完毕。


// 单链表的销毁
void SListDestroy(SListNode** pplist)
{
	assert(pplist);
	
	SListNode* prve = *pplist;
	while (prve != NULL)
	{
		SListNode* cur = prve->next;
		free(prve);
		prve = cur;
 
	}
	pplist = NULL;
}

操作演示：

4、双向链表的实现

4.1 定义双向链表的结构体

这里用typedef重新定义了int类型的名称，方便以后更换类型。


typedef int LTDateType;
 
typedef struct ListNode
{
	LTDateType Date;
	struct ListNode* prve;
	struct ListNode* next;
}DL;

4.2 创建一个新节点

从之前的图中可以看到，整个链表是需要一个哨兵位的头结点作为第一个，它里面一般不存放值。如果只有哨兵位的节点，那么他的prve和next是指向它自己的。（这里为了整体的参数保持一致，而用了返回头结点，当然你也可以用二级指针）


//创建一个新节点
DL* BuyDListNode(LTDateType x)
{
	DL* newnode = (DL*)malloc(sizeof(DL));
	if (newnode == NULL)
	{
		printf("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	newnode->Date = x;
	newnode->next = NULL;
	newnode->prve = NULL;
	return newnode;
}
// 创建返回链表的头结点.
DL* DListCreate()
{
	DL* Guard = BuyDListNode(0);
	
	Guard->prve = Guard;
	Guard->next = Guard;
 
	return Guard;
}

4.3 双向链表打印

头结点创建以后先把打印函数写出来，因为这个链表是循环体，所以不能用判空作为终止条件，定义一个cur让它指向头节点的下一个，遍历一遍，如果cur等于头结点就结束，打印完成。（这里把头结点单独写出来，因为头结点一般不放值，没办法显示，而如果只有一个头节点，那么循环就不会进去）


// 双向链表打印
void DListPrint(DL* pHead)
{
	assert(pHead);
 
	DL* cur = pHead->next;
	printf("phead<==>");
 
	while (cur != pHead)
	{
		printf("%d<==>", cur->Date);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}

4.4 双向链表尾插

有了头结点以后，就可以插入数据啦。首先进行尾插，尾插就是把新节点连接在尾结点的后面，这里找尾就比较好找啦，头结点的prve就是尾结点，把tail指向的节点和新节点链接起来，而后把头结点和新节点再链接起来就好了。


// 双向链表尾插
void DListPushBack(DL* pHead, LTDateType x)
{
	assert(pHead);
 
	DL* tail = pHead->prve;
	DL* NewNode = BuyDListNode(x);
	tail->next = NewNode;
	NewNode->prve = tail;
	NewNode->next = pHead;
	pHead->prve = NewNode;
}

4.5双向链表头插

头插也很方便，定义一个cur指向头结点的下一个节点，而后把pHead，NewNode和cur三个节点链接起来头插就完成了。


// 双向链表头插
void DListPushFront(DL* pHead, LTDateType x)
{
	assert(pHead);
 
	DL* cur = pHead->next;
	DL* NewNode = BuyDListNode(x);
	NewNode->next = cur;
	cur->prve = NewNode;
	pHead->next = NewNode;
	NewNode->prve = pHead;
}

4.6 双向链表尾删

定义两个指针cur和prve，把pHead和prve的节点链接起来，而后把cur位置申请的空间释放掉，再把cur指针指向空，尾删结束。


// 双向链表尾删
void DListPopBack(DL* pHead)
{
	assert(pHead);
 
	DL* cur = pHead->prve;
	DL* prve = cur->prve;
	prve->next = pHead;
	pHead->prve = prve;
	free(cur);
	cur = NULL;
}

4.7 双向链表头删

定义两个指针prve和cur，把pHead和cur的节点链接起来，而后把prve位置申请的空间释放掉，再把prve指针指向空，头删结束。


// 双向链表头删
void DListPopFront(DL* pHead)
{
	assert(pHead);
 
	DL* prve = pHead->next;
	DL* cur = prve->next;
	pHead->next = cur;
	cur->prve = pHead;
	free(prve);
	prve = NULL;
}

4.8 双向链表销毁

这里把链表遍历一遍，除了头结点其他节点的空间都释放掉，因为先释放头结点循环结束的条件就不那么容易写了，所以先释放其他节点的空间，最后在释放头结点的空间。这里的pHead置不置空都不重要，因为里面置空无法改变外部的指针，如果要在里面置空就需要二级指针，比较麻烦也容易出错，所以不建议，让使用的人用完后再把指针置空，让别人养成良好的习惯。（哈哈哈哈，开个玩笑）


// 双向链表销毁
void DListDestory(DL* pHead)
{
	assert(pHead);
	DL* cur = pHead->next;
	
	while (cur != pHead)
	{
		DL* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	free(pHead);
	pHead = NULL;
	printf("销毁完成\n");
}

4.9 双向链表查找

定义一个cur指针，遍历一遍链表，如果x和cur节点里的值相等就返回cur节点，如果找不到就返回NULL。这里的查找可以和后面的插入删除一起使用。


// 双向链表查找
DL* DListFind(DL* pHead, LTDateType x)
{
	assert(pHead);
	DL* cur = pHead->next;
	while (cur != pHead)
	{
		if (x == cur->Date)
		{
			return cur;
		}
		cur = cur->next;
	}
	return NULL;
}

4.10 双向链表在pos位置之前插入

定义一个prve指针，指向pos的前一个节点，再把新节点链接到prve和pos中间就可以了，相当于在pos位置头插。这里就可以用find查找，找到指定位置，而后用Insert插入一个节点，是不是很方便。


// 双向链表在pos的前面进行插入
void DListInsert(DL* pos, LTDateType x)
{
	assert(pos);
	DL* NewNode = BuyDListNode(x);
	DL* prve = pos->prve;
 
	NewNode->next = pos;
	pos->prve = NewNode;
	prve->next = NewNode;
	NewNode->prve = prve;
}

4.11 双向链表删除pos位置节点

定义两个指针，prve指向pos前一个节点，cur指向pos后面的节点，把prve和cur的位置的节点链接起来，再把pos位置的空间释放掉就完成了。这里想，删除哪个节点用find一找，用Erase一删除，简简单单。


// 双向链表删除pos位置的节点
void DListErase(DL* pos)
{
	assert(pos);
	DL* cur = pos->next;
	DL* prve = pos->prve;
 
	prve->next = cur;
	cur->prve = prve;
	free(pos);
	pos = NULL;
}

5、顺序表和链表的区别

单链表的代码：9_5/9_5 · 景吉祥/作业库 - 码云 - 开源中国 (gitee.com)

双向链表的代码：DList/DList · 景吉祥/作业库 - 码云 - 开源中国 (gitee.com)

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数据结构-链表_链表数据结构

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