单链表的基本操作

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1. 链表插入元素

向链表中增添元素，根据添加位置不同，可分为以下 3 种情况：

• 插入到链表的头部（头节点之后），作为首元节点；
• 插入到链表中间的某个位置；
• 插入到链表的最末端，作为链表中最后一个数据元素；

虽然新元素的插入位置不固定，但是链表插入元素的思想是固定的，只需做以下两步操作，即可将新元素插入到指定的位置：

1. 将新结点的 next 指针指向插入位置后的结点；
2. 将插入位置前结点的 next 指针指向插入结点；

例如，在链表 {1,2,3,4}的基础上分别实现在头部、中间部位、尾部插入新元素 5，其实现过程如图所示：

注意：链表插入元素的操作必须是先步骤 1，再步骤 2；否则会导致插入位置后的这部分链表丢失，无法再实现步骤 1。

编写 C 语言代码来实现链表插入元素的操作：

//L为原链表，elem表示新数据元素，position表示新元素要插入的位置
Node *LinkInsert(Node *L, int elem, int position)
{
    Node *temp = L;    //创建临时结点temp
    //首先找到要插入位置的上一个结点
    for(int i = 1; i< position; i++)
    {
        temp = temp->next;
        if(temp == NULL)
        {
            printf("插入位置无效\n");
            return L;
        }
    }
    //创建插入结点a
    Node *a = (Node*)malloc(sizeof(Node));
    a->elem = elem;
    //向链表中插入结点
    a->next = temp->next;
    temp->next = a;
    return L;
}
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2. 链表删除元素

从链表中删除指定数据元素时，实则就是将存有该数据元素的节点从链表中摘除，然后释放该节点的存储空间。因此，从链表中删除数据元素需要进行以下 2 步操作：

1. 将结点从链表中摘下来;
2. 手动释放掉结点，回收被结点占用的存储空间;

从链表上摘除某节点的实现非常简单，只需找到该节点的直接前驱节点 temp，执行一行程序：

temp->next = temp->next->next;
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例如，从存有{1,2,3,4}的链表中删除元素 3，则此代码的执行效果如图所示：

链表删除元素的 C 语言实现如下所示：

//L为原链表，position为要删除元素的值
Node *LinkDelete(Node *L, int position)
{
    Node *temp = L;
    //遍历到被删除结点的上一个结点
    for(int i = 1; i < position; i++)
    {
        temp = temp->next;
        if(temp == NULL)
        {
            printf("删除位置无效\n");
            return L;
        }
    }
    Node *a = temp->next;   //单独设置一个指针指向被删除结点，以防丢失
    temp->next = temp->next->next;  //删除某个结点的方法就是更改前一个结点的指针域
    free(a);    //手动释放该结点，防止内存泄漏
    return L;
}
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3. 链表查找元素

在链表中查找指定数据元素，最常用的方法是：从表头依次遍历表中节点，用被查找元素与各节点数据域中存储的数据元素进行比对，直至比对成功或遍历至链表最末端的 NULL（比对失败的标志）。

链表中查找特定数据元素的 C 语言实现代码为：

//L为原链表，elem表示被查找元素
int LocateElem(Node *L, int elem)
{
    //新建一个指针temp，初始化为头指针L
    Node *temp = L;
    int position = 1;
    //由于头节点的存在，因此while中的判断为t->next
    while(temp->next)
    {
        temp = temp->next;
        if(temp->elem == elem)
        {
            return position;
        }
        position += 1;
    }
    //程序执行至此处，表示查找失败
    return -1;
}
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4. 链表更新元素

更新链表中的元素，只需通过遍历找到存储此元素的节点，对节点中的数据域做更改操作即可。

链表中更新数据元素的 C 语言实现代码：

//更新函数，其中，position 表示更改结点在链表中的位置，newElem 为新的数据域的值
Node *LinkModify(Node *L, int position, int NewElem)
{
    Node *temp = L;
    temp = temp->next;  //在遍历之前，temp指向首元结点
    //遍历到待更新节点
    for(int i = 1; i < position; i++)
    {
        temp = temp->next;
    }
    temp->elem = NewElem;
    return L;
}
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以上就是对链表中数据元素做"增删查改"的实现过程及 C 语言代码，如下是完整的代码清单：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
//链表中节点的结构
typedef struct  node
{
    int elem;   //代表数据域
    struct Node *next;  //代表指针域，指向直接后继元素
}Node;  //Node为节点名，每个节点都是一个Node结构体
//初始化链表的函数
Node *InitLink();
Node *InitLinkWithHead();
//用于输出链表的函数
void DisplayLink(Node *L);
//链表插入的函数，p是链表，elem是插入的结点的数据域，position是插入的位置
Node *LinkInsert(Node *L, int elem, int position);
//删除结点的函数，L代表操作链表，position代表删除节点的位置
Node *LinkDelete(Node *L, int position);
//查找节点的函数，elem为目标结点的数据域的值
int LocateElem(Node *L, int Elem);
//更新结点的函数，newElem为新的数据域的值
Node *LinkModify(Node *l, int OldElem, int NewElem);

int main()
{
    //初始化链表（1，2，3，4）
    printf("初始化链表为：\n");
    Node *L = InitLinkWithHead();
    DisplayLink(L);
    
    printf("在第4的位置插入元素5：\n");
    L = LinkInsert(L, 5, 4);
    DisplayLink(L);

    printf("删除元素3:\n");
    L = LinkDelete(L, 3);
    DisplayLink(L);

    printf("查找元素2的位置为：\n");
    int position = LocateElem(L, 2);
    if (position == -1) 
    {
        printf("没有该元素");
    }
    else 
    {
        printf("元素2的位置为：%d\n", position);
    }

    printf("更改第3的位置上的数据为7:\n");
    L = LinkModify(L, 3, 7);
    DisplayLink(L);
    return 0;
}

Node *InitLink()
{
    Node *p = NULL; //创建头指针
    Node *temp = (Node*)malloc(sizeof(Node));   //创建首元节点
    //首元节点先初始化
    temp->elem = 1;
    temp->next = NULL;  
    p = temp;   //头指针指向首元节点
     //从第二个节点开始创建
    for(int i = 2; i < 5; i++)
    {
        //创建一个新节点并初始化
        Node *a = (Node*)malloc(sizeof(Node));
        a->elem = i;
        a->next = NULL;
        //将temp节点与新建立的a节点建立逻辑关系
        temp->next = a;
        //指针temp每次都指向新链表的最后一个节点，其实就是 a节点，这里写temp=a也对
        temp = temp->next;
    }
    //返回建立的节点，只返回头指针 p即可，通过头指针即可找到整个链表
    return p;
}

Node *InitLinkWithHead()
{
    Node *p = (Node*)malloc(sizeof(Node));  //创建一个头结点
    Node *temp = p; //声明一个指针指向头结点
    //生成链表
    for(int i = 1; i < 5; i++)
    {
        Node *a = (Node*)malloc(sizeof(Node));
        a->elem = i;
        a->next = NULL;
        temp->next = a;
        temp = temp->next;
    }
    return p;
}
//p为原链表，elem表示新数据元素，position表示新元素要插入的位置
Node *LinkInsert(Node *L, int elem, int position)
{
    Node *temp = L;    //创建临时结点temp
    //首先找到要插入位置的上一个结点
    for(int i = 1; i< position; i++)
    {
        temp = temp->next;
        if(temp == NULL)
        {
            printf("插入位置无效\n");
            return L;
        }
    }
    //创建插入结点a
    Node *a = (Node*)malloc(sizeof(Node));
    a->elem = elem;
    //向链表中插入结点
    a->next = temp->next;
    temp->next = a;
    return L;
}
//p为原链表，add为要删除元素的值
Node *LinkDelete(Node *L, int position)
{
    Node *temp = L;
    //遍历到被删除结点的上一个结点
    for(int i = 1; i < position; i++)
    {
        temp = temp->next;
        if(temp == NULL)
        {
            printf("删除位置无效\n");
            return L;
        }
    }
    Node *a = temp->next;   //单独设置一个指针指向被删除结点，以防丢失
    temp->next = temp->next->next;  //删除某个结点的方法就是更改前一个结点的指针域
    free(a);    //手动释放该结点，防止内存泄漏
    return L;
}
//L为原链表，elem表示被查找元素
int LocateElem(Node *L, int elem)
{
    //新建一个指针temp，初始化为头指针L
    Node *temp = L;
    int position = 1;
    //由于头节点的存在，因此while中的判断为t->next
    while(temp->next)
    {
        temp = temp->next;
        if(temp->elem == elem)
        {
            return position;
        }
        position += 1;
    }
    //程序执行至此处，表示查找失败
    return -1;
}
//更新函数，其中，add 表示更改结点在链表中的位置，newElem 为新的数据域的值
Node *LinkModify(Node *L, int position, int NewElem)
{
    Node *temp = L;
    temp = temp->next;  //在遍历之前，temp指向首元结点
    //遍历到待更新结点
    for(int i = 1; i < position; i++)
    {
        temp = temp->next;
    }
    temp->elem = NewElem;
    return L;
}

void DisplayLink(Node *L) {
    Node* temp = L;//将temp指针指向头结点
    //只要temp指针指向的结点的next不是Null，就执行输出语句。
    while (temp->next) 
    {
        temp = temp->next;
        printf("%d ", temp->elem);
    }
    printf("\n");
}
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代码运行结果：

初始化链表为：
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在第4的位置插入元素5：
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删除元素3:
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查找元素2的位置为：
元素2的位置为：2
更改第3的位置上的数据为7:
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