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在上一篇文章中,我们了解了顺序表的结构以及他的接口的实现。但同时我们也发现了他的一些缺陷
问题:
1. 中间/头部的插入删除,时间复杂度为O(N)
2. 增容需要申请新空间,拷贝数据,释放旧空间。会有不小的消耗。
3. 增容一般是呈2倍的增长,势必会有一定的空间浪费。例如当前容量为100,满了以后增容到200,我们再继续插入了5个数据,后面没有数据插入了,那么就浪费了95个数据空间。
思考:如何解决以上问题呢?下面给出了链表的结构来看看
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
链表一共有八种类型,他们可由是单向还是双向,是循环还是非循环,是带头结点还是不带头结点进行排列组合出八种结构
虽然有很多种结构,但是只有两种最为常用
无头单向非循环链表和带头双向循环链表
这里我们先只需要了解无头单向非循环链表,其他链表后续了解
如下图所示,是链表的实际的物理结构与逻辑结构。物理结构就是实实在在数据在内存中的变化,逻辑结构就是为了方便理解,形象化出来的
typedef int SLTDateType; typedef struct SListNode { SLTDateType data; struct SListNode* next; }SListNode;如上代码所示,单链表有数据域和指针域两部分组成,指针是用于指向下一个结点的指针
//单链表的打印 void SListPrint(SListNode* plist); //单链表的尾插 void SListPushBack(SListNode** pplist, SLTDateType x); //单链表的头插 void SListPushFront(SListNode** pplist, SLTDateType x); //单链表的尾删 void SListPopBack(SListNode** pplist); //单链表的头删 void SListPopFront(SListNode** pplist); //单链表的查找 SListNode* SListFind(SListNode* plist,SLTDateType x); //单链表在pos位置之后插入 void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLTDateType x); //单链表在pos位置之前插入 void SListInsertPrev(SListNode** pplist, SListNode* pos, SLTDateType x); //单链表在pos之后删除 void SListEraseAfter(SListNode* pos); //单链表在pos之前删除 void SListErasePrev(SListNode** pplist, SListNode* pos); //单链表在pos位置删除 void SListErase(SListNode** pplist, SListNode* pos); //单链表的销毁 void SListDestroy(SListNode** pplist);如上代码所示,是我们的单链表需要实现的接口,对于链表和顺序表一样都是为了实现数据的管理,区别就是前者是离散的,后者是连续的。我们的目的还是增删查改
1.单链表的打印
//单链表的打印 void SListPrint(SListNode* plist) { SListNode* cur = plist; while (cur != NULL) { printf("%d->", cur->data); cur = cur->next; } printf("NULL\n"); }我们先来完成单链表的打印,对于单链表的打印,还是比较简单的,只需要先将头结点的指针给保存下来,然后依次去遍历单链表即可
2.单链表的尾插以及获取结点函数
//获取一个结点 SListNode* BuySListNode(SLTDateType x) { SListNode* tmp = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode)); if (tmp == NULL) { perror("malloc fail"); return; } tmp->next = NULL; tmp->data = x; return tmp; } //单链表的尾插 void SListPushBack(SListNode** pplist, SLTDateType x) { assert(pplist); SListNode* newnode = BuySListNode(x); if (*pplist == NULL) { *pplist = newnode; return; } SListNode* tail = (*pplist); while (tail->next != NULL) { tail = tail->next; } tail->next = newnode; }对于单链表的尾插,我们要特别注意了。pplist是单链表头结点的地址,所以一定不为空
首先是获取结点,我们为了方便,先直接将其封装为一个函数。
有了结点了,那么我们还要思考如何尾插,那么我们先完成一般情况,假设已经有了一个很长的单链表了,我们还想要继续尾插一个值,那么只需要先找到原来的尾结点,然后将尾结点和新结点进行链接即可
当然还是存在一些特殊情况的,比如说原来的单链表压根就没有尾结点,也就是说链表是空的,那么上面的一般方法肯定行不通,这里其实就需要特殊处理一下,直接将新节点和链表头链接起来即可
3.单链表的头插
//单链表的头插 void SListPushFront(SListNode** pplist, SLTDateType x) { assert(pplist); SListNode* newnode = BuySListNode(x); SListNode* first = *pplist; *pplist = newnode; newnode->next = first; }对于单链表的头插,就比较简单了,我们直接创建一个新结点,然后记录下原来的第一个结点的地址,然后让链表头与新节点链接起来,然后新节点与原来的第一个结点链接起来,这里我们会发下,其实是不需要处理空链表的情况的,这里体现了单链表适合头插
4.单链表的尾删
//单链表的尾删 void SListPopBack(SListNode** pplist) { assert(pplist); assert(*pplist); if ((*pplist)->next == NULL) { free(*pplist); *pplist = NULL; } else { SListNode* tail = *pplist; while (tail->next->next != NULL) { tail = tail->next; } free(tail->next); tail->next = NULL; } }对于单链表的尾删,我们要想清楚了,首先是一般情况,当链表很长的时候,我们想要删除最后一个结点,那么得先找到前一个结点,然后释放最后一个结点,最后让前一个结点指向空。
我们还需要注意链表为空的状态,这个肯定是不可以删除的,所以我们直接断言掉。
然后是链表为一个结点的情况,如果链表只有一个结点,那么我们会发现,压根找不到前一个结点,所以我们也特殊处理,我们直接释放掉第一个结点,然后置空即可。
5.单链表的头删
//单链表的头删 void SListPopFront(SListNode** pplist) { assert(pplist); assert(*pplist); SListNode* second = (*pplist)->next; free(*pplist); *pplist = second; }对于单链表的头删,我们同样断言掉链表为空的状态
然后我们需要做的就是记录第二个结点,然后释放原来的第一个结点,最后连接链表头和第二个结点。这样我们就实现了我们的目的。值得注意的是,我们发现链表的头删也是比较有优势的。
6.单链表的查找
//单链表的查找 SListNode* SListFind(SListNode* plist,SLTDateType x) { SListNode* cur = plist; while (cur != NULL) { if (cur->data == x) { return cur; } cur = cur->next; } return NULL; }对于单链表的查找,这个也很简单,他和单链表的打印思路是一样的,不同的是只需要返回结点的地址即可。
7.单链表在pos位置之后的插入
//单链表在pos位置之后插入 void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLTDateType x) { assert(pos); SListNode* newnode = BuySListNode(x); SListNode* next = pos->next; pos->next = newnode; newnode->next = next; }单链表在pos位置之后的插入也是比较简单的,我们只需要先申请一个结点,然后记录pos位置的下一个结点,然后连接就可以了。值得注意的是,pos的位置不可能为空。因为他不是一个有效的结点地址
8.单链表在pos位置之前的插入
//单链表在pos位置之前插入 void SListInsertPrev(SListNode** pplist, SListNode* pos, SLTDateType x) { assert(pplist); assert(pos); assert(*pplist); SListNode* newnode = BuySListNode(x); if (*pplist == pos) { *pplist = newnode; newnode->next = pos; } else { SListNode* prev = *pplist; while (prev->next != pos) { prev = prev->next; } prev->next = newnode; newnode->next = pos; } }对于在pos位置之前的插入,确实是比较繁琐了。我们要思考,首先pos和pplist不可能为空,然后这个链表也是不可能为空链表的,至少也要有一个值。否则如果存在pos这个结点呢?
然后我们在来考虑一般情况,我们假设链表很长,在中间位置pos之前插入一个结点,那么毫无疑问的是,我们需要先申请一个结点,然后在通过遍历的方式要找到pos之前的那个结点。
有了这两个结点,那么我们就可以进行连接了。
然后是特殊情况,假如这个链表只有一个结点呢,这个结点正好就是pos,我们发现pos就没有前一个结点,其实这个就等效于头插。我们采用头插的方式即可
9.单链表在pos之后删除
//单链表在pos之后删除 void SListEraseAfter(SListNode* pos) { assert(pos); assert(pos->next); SListNode* next = pos->next; pos->next = next->next; free(next); next = NULL; }单链表在pos之后删除的话,首先pos和pos的下一个结点不会为空,否则题目就矛盾了。所以我们得断言,然后我们直接记录pos 的下一个结点,然后连接pos和pos之后的结点。最后释放掉pos的下一个结点即可。
10.单链表在pos之前删除
//单链表在pos之前删除 void SListErasePrev(SListNode** pplist, SListNode* pos) { assert(pos); assert(pplist); assert(pos != *pplist); assert(*pplist); if ((*pplist)->next == pos) { SListNode* del = *pplist; *pplist = pos; free(del); del = NULL; } else { SListNode* prev = *pplist; while (prev->next->next != pos) { prev = prev->next; } SListNode* del = prev->next; prev->next = pos; free(del); del = NULL; } }对于单链表在pos之前删除确实就比较复杂了,首先pos,pplist,*pplist肯定不可能为空,然后pos也绝不可以是头节点,所以pos!=*pplist
我们现在来思考,假设一般情况,链表很长,在中间位置是pos,删除pos的前一个结点,那么我们就需要找到pos 的前一个的前一个结点。然后记录pos的前一个结点。释放pos 的前一个结点,然后进行连接即可
对于特殊情况,也就是,pos在第二个结点上,这样我们无法找到pos的前一个的前一个结点,但是这个就是头删,我们直接采用类似的思路即可
11.单链表在pos位置的删除
//单链表在pos位置删除 void SListErase(SListNode** pplist, SListNode* pos) { assert(pplist); assert(pos); assert(*pplist); if (*pplist == pos) { free(pos); *pplist = pos = NULL; } else { SListNode* prev = *pplist; while (prev->next != pos) { prev = prev->next; } prev->next = pos->next; free(pos); pos = NULL; } }这个与上一个接口是基本一致的思路。不同的是,pos可以在头结点了,如果是头节点就是头删。
如果不是,就是先找到前一个结点,然后进行删除连接即可
12.单链表的销毁
//单链表的销毁 void SListDestroy(SListNode** pplist) { SListNode* cur = *pplist; while (cur != NULL) { SListNode* next = cur->next; free(cur); cur = next; } }对于单链表的销毁,这个也很简单,就直接遍历销毁即可,与打印和查找的思路是一致的
SList.h文件
#pragma once #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<malloc.h> #include<assert.h> typedef int SLTDateType; typedef struct SListNode { SLTDateType data; struct SListNode* next; }SListNode; //单链表的打印 void SListPrint(SListNode* plist); //单链表的尾插 void SListPushBack(SListNode** pplist, SLTDateType x); //单链表的头插 void SListPushFront(SListNode** pplist, SLTDateType x); //单链表的尾删 void SListPopBack(SListNode** pplist); //单链表的头删 void SListPopFront(SListNode** pplist); //单链表的查找 SListNode* SListFind(SListNode* plist,SLTDateType x); //单链表在pos位置之后插入 void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLTDateType x); //单链表在pos位置之前插入 void SListInsertPrev(SListNode** pplist, SListNode* pos, SLTDateType x); //单链表在pos之后删除 void SListEraseAfter(SListNode* pos); //单链表在pos之前删除 void SListErasePrev(SListNode** pplist, SListNode* pos); //单链表在pos位置删除 void SListErase(SListNode** pplist, SListNode* pos); //单链表的销毁 void SListDestroy(SListNode** pplist);
SList.c文件
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include"SList.h" //单链表的打印 void SListPrint(SListNode* plist) { SListNode* cur = plist; while (cur != NULL) { printf("%d->", cur->data); cur = cur->next; } printf("NULL\n"); } //获取一个结点 SListNode* BuySListNode(SLTDateType x) { SListNode* tmp = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode)); if (tmp == NULL) { perror("malloc fail"); return; } tmp->next = NULL; tmp->data = x; return tmp; } //单链表的尾插 void SListPushBack(SListNode** pplist, SLTDateType x) { assert(pplist); SListNode* newnode = BuySListNode(x); if (*pplist == NULL) { *pplist = newnode; return; } SListNode* tail = (*pplist); while (tail->next != NULL) { tail = tail->next; } tail->next = newnode; } //单链表的头插 void SListPushFront(SListNode** pplist, SLTDateType x) { assert(pplist); SListNode* newnode = BuySListNode(x); SListNode* first = *pplist; *pplist = newnode; newnode->next = first; } //单链表的尾删 void SListPopBack(SListNode** pplist) { assert(pplist); assert(*pplist); if ((*pplist)->next == NULL) { free(*pplist); *pplist = NULL; } else { SListNode* tail = *pplist; while (tail->next->next != NULL) { tail = tail->next; } free(tail->next); tail->next = NULL; } } //单链表的头删 void SListPopFront(SListNode** pplist) { assert(pplist); assert(*pplist); SListNode* second = (*pplist)->next; free(*pplist); *pplist = second; } //单链表的查找 SListNode* SListFind(SListNode* plist,SLTDateType x) { SListNode* cur = plist; while (cur != NULL) { if (cur->data == x) { return cur; } cur = cur->next; } return NULL; } //单链表在pos位置之后插入 void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLTDateType x) { assert(pos); SListNode* newnode = BuySListNode(x); SListNode* next = pos->next; pos->next = newnode; newnode->next = next; } //单链表在pos位置之前插入 void SListInsertPrev(SListNode** pplist, SListNode* pos, SLTDateType x) { assert(pplist); assert(pos); assert(*pplist); SListNode* newnode = BuySListNode(x); if (*pplist == pos) { *pplist = newnode; newnode->next = pos; } else { SListNode* prev = *pplist; while (prev->next != pos) { prev = prev->next; } prev->next = newnode; newnode->next = pos; } } //单链表在pos之后删除 void SListEraseAfter(SListNode* pos) { assert(pos); assert(pos->next); SListNode* next = pos->next; pos->next = next->next; free(next); next = NULL; } //单链表在pos之前删除 void SListErasePrev(SListNode** pplist, SListNode* pos) { assert(pos); assert(pplist); assert(pos != *pplist); assert(*pplist); if ((*pplist)->next == pos) { SListNode* del = *pplist; *pplist = pos; free(del); del = NULL; } else { SListNode* prev = *pplist; while (prev->next->next != pos) { prev = prev->next; } SListNode* del = prev->next; prev->next = pos; free(del); del = NULL; } } //单链表在pos位置删除 void SListErase(SListNode** pplist, SListNode* pos) { assert(pplist); assert(pos); assert(*pplist); if (*pplist == pos) { free(pos); *pplist = pos = NULL; } else { SListNode* prev = *pplist; while (prev->next != pos) { prev = prev->next; } prev->next = pos->next; free(pos); pos = NULL; } } //单链表的销毁 void SListDestroy(SListNode** pplist) { SListNode* cur = *pplist; while (cur != NULL) { SListNode* next = cur->next; free(cur); cur = next; } }
Test.c文件
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include"Slist.h" void TestSList1() { SListNode* phead = NULL; SListPushBack(&phead, 1); SListPushBack(&phead, 2); SListPushBack(&phead, 3); SListPushBack(&phead, 4); SListPushBack(&phead, 5); SListPrint(phead); SListPushFront(&phead, 6); SListPushFront(&phead, 7); SListPushFront(&phead, 8); SListPushFront(&phead, 9); SListPushFront(&phead, 10); SListPrint(phead); SListPopBack(&phead); SListPopBack(&phead); SListPopBack(&phead); SListPopBack(&phead); SListPrint(phead); SListPopBack(&phead); SListPrint(phead); } void TestSList2() { SListNode* phead = NULL; SListPushBack(&phead, 1); SListPushBack(&phead, 2); SListPushBack(&phead, 3); SListPushBack(&phead, 4); SListPushBack(&phead, 5); SListPrint(phead); SListPopFront(&phead); SListPopFront(&phead); SListPopFront(&phead); SListPopFront(&phead); SListPrint(phead); SListPopFront(&phead); SListPrint(phead); } void TestSList3() { SListNode* phead = NULL; SListPushBack(&phead, 1); SListPushBack(&phead, 2); SListPushBack(&phead, 3); SListPushBack(&phead, 4); SListPushBack(&phead, 5); SListPrint(phead); SListNode* pos = SListFind(phead, 3); pos->data = 100; SListPrint(phead); SListInsertAfter(pos, 200); SListInsertAfter(pos, 300); SListInsertAfter(pos, 400); SListInsertAfter(pos, 500); SListPrint(phead); SListNode* pos2 = SListFind(phead, 1); SListInsertPrev(&phead, pos2, 101); SListInsertPrev(&phead, pos2, 102); SListInsertPrev(&phead, pos2, 103); SListInsertPrev(&phead, pos2, 104); SListPrint(phead); SListEraseAfter(pos2); SListEraseAfter(pos2); SListEraseAfter(pos2); SListPrint(phead); } void TestSList4() { SListNode* phead = NULL; SListPushBack(&phead, 1); SListPushBack(&phead, 2); SListPushBack(&phead, 3); SListPushBack(&phead, 4); SListPushBack(&phead, 5); SListPrint(phead); SListNode* pos = SListFind(phead, 5); SListErasePrev(&phead, pos); SListPrint(phead); SListErasePrev(&phead, pos); SListPrint(phead); SListErase(&phead, pos); SListPrint(phead); SListDestroy(&phead); } int main() { //TestSList1(); //TestSList2(); //TestSList3(); TestSList4(); return 0; }
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