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数据结构（四）—— 线性表的链式存储_线性表的链式存储结构

作者：知新_RL | 2024-04-15 17:42:28

踩

线性表的链式存储结构

线性表的链式存储

1.链式存储结构与顺序存储结构的比较

2.单链表、双链表与循环链表

3.单链表的实现

1.链式存储结构与顺序存储结构的比较

顺序存储的特点：已物理相邻表示逻辑关系，任一元素均可随机存取。

链式存储的特点：用一组物理位置任意的存储单元来存放线性表的数据元素，这组存储单元可以是连续的也可以是不连续的，甚至可以分布在内存中的任意位置上，链表中元素的逻辑次序和物理次序不一定相同。

两种存储方式可以用下图来辅助理解。

顺序存取：查找第i个位置的数据，需要通过从第一个到第i个，顺序查找，所以存取的时候都是需要按顺序进行，所以叫顺序存取。

随机存取：随便一个i位置的数据，可以通过查找数组第（i-1）个来查找，存取的时候同样可以存第i个位置或者取第i个位置的元素，所以叫随机存取。

可以用以下图来辅助理解：

2.单链表

单链表，指结点只有一个指针域的链表，也可以称为线性链表。每个单链表都有一个头指针，也就是链表的首地址，其结点分为两个部分，一个是指针域一个是数据域（如下图所示），其中指针域存下一个结点的地址，而数据域为该结点存放的元素。

用单链表的方式来表示线性表，有两种方式，带头结点跟不带头结点。不带头结点，顾名思义就是链表的头指针指向的下一个即为首元素结点；而带头结点的链表则头指针指向头结点，而头结点再指向首元素结点。如下图所示：

带头结点的好处：

便于首元素结点的处理：首元素结点的地址保存在头结点的指针域中，所以在链表中的第一个位置上的操作和其他位置的一致，无需进行特殊处理。

便于空表和非空表的统一处理：无论链表是否为空，头指针都只想头结点的非空指针，因此空表和非空表的处理也就一致了。

3.单链表的实现

单链表定义：用结构体的方式定义，定义一个数据域跟一个指针域。这里实现的是不带头结点的单链表。

这段代码的ElenType为data的类型（相当于结构体的自定义类型）；


typedef int ElemType; //定义数据类型
typedef struct LNode  //声明结点的类型和指向结点的指针类型
{
	ElemType data;       //结点的数据域
	struct LNode* next;  //结点的指针域
}LNode,*LinkList;        //LinkList为指向结构体Lnode的指针

注：定义的结构体LNode的类型名称为LNode其指针的为LinkList。即 *LNode = LinkList ,因为后面的函数多数都是对链表的指针域进行操作，所以定义指针类型LinkList方便后面的操作。

定义函数的操作：


 
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define VETERY 1 
#define DEFEAT 0
#define NOFINE 0
typedef int Status;
 
Status InitLinkList(LinkList L); //初始化单链表
LinkList List_HeadInsert(LinkList L); //头插入法
LinkList List_TailInsert(LinkList L); //尾插入法
LNode* GetElem(LinkList L, int i);  //按序号查找结点值
LNode* LocateElem(LinkList L, ElemType e); //按照结点值查找结点
void Delete_Node(LinkList L, int i); //按序号删除结点
void Print_Node(LinkList L);  //打印单链表
int Linklength(LinkList L);   //计算结点个数
int ListEmpty(LinkList L);    //判断单链表是否为空
Status ClearList(LinkList L); //清空单链表
Status DestroyList(LinkList L);  //销毁单链表

单链表的基本操作：对单链表进行初始化、建立、判断空值、取值、查找、删除、打印、求表长、清空、销毁十一个操作进行编写代码。

代码块粘贴在最后

初始化，即开辟一个空间，创建单链表的头指针；


Status InitLinkList(LinkList L) //初始化单链表
{
	L = (LinkList)malloc(sizeof(LNode));  //开辟一个指针
	L->next = NULL; //单链表没有下一个指针
	return VETERY;
}

注：(强制转换的类型)malloc(sizeof(类型空间))，malloc是C语言进行开辟空间的函数，如果还不理解的话，可以去看看官方文档的解释。

判断单链表是否为空，只要头指针指向的下一个地址不为空，则还有元素结点在。


int ListEmpty(LinkList L)    //判断单链表是否为空
{
	if (L->next)
	{
		printf("链表不为空！\n");
		return FALSE;
	}
		
	else
	{
		printf("链表为空！\n");
		return TRUE;
	}		
}

清空单链表

清空单链表采用两个指针进行操作，通过定义p指针为L->next，则为首元素结点，然后用另外一个q指针指向p->next则为第二个元素结点，然后释放p指针free(p)，在将q指针赋予给p指针，然后通过不断释放p指针从而实则释放全部的元素结点。下图辅助理解：


Status ClearList(LinkList L) //清空单链表
{
	LinkList p, q;
	p = L->next;
	while (p)
	{
		q = p->next;
		free(p);
		p = q;
	}
	L->next = NULL;
	return VETERY;
}

销毁单链表

销毁单链表将整个单链表的空间都释放掉，因此是从头指针开始往后释放每一个结点。


Status DestroyList(LinkList L)  //销毁单链表
{
	LinkList p;
	while (L)
	{
		p = L;
		L = L->next;
		free(p);
	}
	return VETERY;
}

求单链表长度


int Linklength(LinkList L)   //求单链表长度
{
	int k = 0;
	while (L->next != NULL)
	{
		k++;
		L = L->next;	
	}
	return k;
}

打印单链表


void Print_Node(LinkList L)   //打印单链表
{
	while (L->next != NULL)
	{
		L = L->next;
		printf("%d ", L->data);
 
	}
	printf("\n");
}

头插法建立单链表

通过从第一个元素结点进行插入结点，可以由下图辅助理解：


LinkList List_HeadInsert(LinkList L)//头插入法
{
	LNode *new;
	int i = 10;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		new = (LNode*)malloc(sizeof(LNode));   //开辟一个新指针空间
		new->data = i;    //给指针的数据域赋值
		new->next = L->next;   //将新结点的下一个指针指向首元素结点，则代替首元素结点
		L->next = new;  //头指针指向新结点，即新节点为首元素结点
	}
	return L;
}

尾插法建立单链表

顾名思义，就是从尾部插入元素，通过下图进行辅助理解：


LinkList List_TailInsert(LinkList L) //尾插入法
{
	LNode* new;
	LNode* tail = L;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		new = (LinkList)malloc(sizeof(LNode));
		new->data = i;
		tail->next = new; //将最后一个结点下一个指向new指针
		tail = new;       //最后一个指针为new指针
	}
	tail->next = NULL;    //最后一个指针指向NULL
	return L;
}

按序号查找结点值

通过序号 i 来查找相对应的结点值，通过第一个到第 i 个结点，从而返回结点地址，通过结点地址可以获取到对应的结点值。


LinkList GetElem(LinkList L, int i)    //按序号查找结点值
{
	int j = 1;
	LNode* p = L->next;  //定义辅助指针p
	if (i == 0)          //如果为0，则返回头指针地址
		return L;
	if (i < 1)           //如果小于1则返回NULL空指针
		return NULL;
	while (p && j < i)   //在j>=i和p不为NULL之前，循环继续
	{
		p = p->next;     //p指下一个指针
		j++;             //j+1
	}                    //查找得到的话为j=i时返回，查找不到，则一直到p为NULL
	return p;      
}

按值查找表结点

通过第一个结点的data开始与目标值e进行对比，直到查找到，则返回结点值。若果没有则返回NULL。


LinkList  LocateElem(LinkList L, ElemType e) //按照结点值查找结点
{
	LNode* p = L->next;
	while (p->data != e && p != NULL)
	{
		p = p->next;
	}
	return p;
}

按序号删除结点

通过GetElem函数查找结点的前驱指针，然后将前驱指针 p 指向待删除结点 q 的后继指针，从而释放待删除结点free(q)。通过下图进行辅助理解：


void Delete_Node(LinkList L, int i) //按序号删除结点
{
	LinkList  p = GetElem(L, i - 1);  //查找前驱结点
	LinkList  q;                    
	q = p->next;                      //令q等于待删除结点
	p->next = q->next;                //将p的下一个指向q的下一个
	free(q);                          //删除q
}

代码：

test.c


#include "LinkList.h"
 
int main()
{
	LNode L;           //定义链表L
	InitLinkList(&L);  //初始化链表
	//List_HeadInsert(&L);   //头插法创建链表
	//Print_Node(&L);        //打印链表
	List_TailInsert(&L);     //尾插法创建链表
	Print_Node(&L);          //打印链表 
	LNode* p = GetElem(&L, 3);    //查找i = 3 位置的指针
	printf("查找成功3的数据为%d \n", p->data);    //打印3位置的元素数据
	LNode* q = LocateElem(&L, 5);                      //查找值为5的元素的指针
	printf("查找成功5的位置为%p \n", q);          //打印查找的指针值
 
	int l = LinkLength(&L);                             //链表长度
	printf("%d\n", l);                            //打印链表长度
	 
	Delete_Node(&L, 4);								//删除i = 4的结点
	printf("删除成功!\n");                        
	Print_Node(&L);                                     //打印链表
 
	int i = LinkLength(&L);           
	printf("%d\n", i);                           //查看链表长度
 
	ClearList(&L);                                      //清空链表
	if(!ListEmpty(&L))                                  //判断链表是否为空
		Print_Node(&L);                                 //不为空则打印链表
	return 0;
}

LinkList.,h


#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define VETERY 1 
#define DEFEAT 0
#define NOFINE 0
 
typedef int ElemType; //定义数据类型
typedef int Status;
typedef struct LNode
{
	ElemType data;       //结点的数据域
	struct LNode* next;  //结点的指针域
}LNode,*LinkList;        //LinkList为指向结构体Lnode的指针
 
 
Status InitLinkList(LinkList L); //初始化单链表
LinkList List_HeadInsert(LinkList L); //头插入法
LinkList List_TailInsert(LinkList L); //尾插入法
LinkList GetElem(LinkList L, int i);  //按序号查找结点值
LinkList LocateElem(LinkList L, ElemType e); //按照结点值查找结点
void Delete_Node(LinkList L, int i); //按序号删除结点
void Print_Node(LinkList L);  //打印单链表
int LinkLength(LinkList L);   //计算结点个数
int ListEmpty(LinkList L);    //判断单链表是否为空
Status ClearList(LinkList L); //清空单链表
Status DestroyList(LinkList L);  //销毁单链表

LinkList.c


#include "LinkList.h"
 
Status InitLinkList(LinkList L) //初始化单链表
{
	L = (LinkList)malloc(sizeof(LNode));
	L->next = NULL;
	return VETERY;
}
LinkList List_HeadInsert(LinkList L)//头插入法
{
	LNode *new;
	int i = 10;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		new = (LNode*)malloc(sizeof(LNode));
		new->data = i;
		new->next = L->next;
		L->next = new;
	}
	return L;
}
LinkList List_TailInsert(LinkList L) //尾插入法
{
	LNode* new;
	LNode* tail = L;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		new = (LinkList)malloc(sizeof(LNode));
		new->data = i;
		tail->next = new;
		tail = new;
	}
	tail->next = NULL;
	return L;
}
LinkList GetElem(LinkList L, int i)    //按序号查找结点值
{
	int j = 1;
	LNode* p = L->next;
	if (i == 0)
		return L;
	if (i < 1)
		return NULL;
	while (p && j < i)
	{
		p = p->next;
		j++;
	}
	return p;
}
LinkList LocateElem(LinkList L, ElemType e) //按照结点值查找结点
{
	LNode* p = L->next;
	while (p->data != e && p != NULL)
	{
		p = p->next;
	}
	return p;
}
void Delete_Node(LinkList L, int i) //按序号删除结点
{
	LNode* p = GetElem(L, i - 1);
	LNode* q;
	q = p->next;
	p->next = q->next;
	free(q);
}
void Print_Node(LinkList L)   //打印单链表
{
	while (L->next != NULL)
	{
		L = L->next;
		printf("%d ", L->data);
 
	}
	printf("\n");
}
int LinkLength(LinkList L)   //求单链表长度
{
	int k = 0;
	while (L->next != NULL)
	{
		k++;
		L = L->next;	
	}
	return k;
}
int ListEmpty(LinkList L)    //判断单链表是否为空
{
	if (L->next)
	{
		printf("链表不为空！\n");
		return FALSE;
	}
		
	else
	{
		printf("链表为空！\n");
		return TRUE;
	}		
}
Status ClearList(LinkList L) //清空单链表
{
	LinkList p, q;
	p = L->next;
	while (p)
	{
		q = p->next;
		free(p);
		p = q;
	}
	L->next = NULL;
	return VETERY;
}
Status DestroyList(LinkList L)  //销毁单链表
{
	LinkList p;
	while (L)
	{
		p = L;
		L = L->next;
		free(p);
	}
	return VETERY;
}

运行截图：

注：当前为单链表的相关操作以及代码展示，链表除了单链表，还有双链表和循环链表，后续学习完再进行学习笔记的编写！

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