【数据结构】--- 单链表实现

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前言        

        链表和顺序表都是线性表的一种，但是顺序表在物理结构和逻辑结构上都是连续的，但链表在逻辑结构上是连续的，而在物理结构上不一定连续；来看以下图片来认识链表与顺序表的差别

这里以动态顺序表为例，和链表中的单链表对比一下

动态顺序表

单链表

        这里就可以很清晰的看到顺序表的底层其实就是一个数组，数据的是连续存储的（顺序表物理结构连续）；而链表它每一个数据都不是连续的（链表物理结构上不一定连续）。

链表节点

        通过观察上图，我们会发现链表每一个节点都存放在数据和下一个节点的地址。

        那么来想一下，为了链表每一个节点都统一起来，都存储有效数据和下一个节点的地址，我们就需要创建应该结构体，来存储有效数据和下一个节点的指针；
注：这里只是单链表

typedef int SLType;
typedef struct SLTNode
{
	SLType data;
	struct SLTNode* next;
}SLT;

创建好链表节点，接下来就来实习单链表存储数据的这些功能。

单链表实现

先来看一下单链表都实现都哪些功能

//输出链表
void SLTPrint(SLT* phead);
//创建节点
SLT* SLTCreat(SLType x);
//单链表头插
void SLTPushFront(SLT** pphead, SLType x);
//单链表尾插
void SLTPushBack(SLT** pphead, SLType x);
//单链表头删
void SLTPopFront(SLT** pphead);
//单链表尾删
void SLTPopBack(SLT** pphead);
//查找数据
SLT* SLTFind(SLT* phead, SLType x);
//指定位置之前插入
void SLTInsert(SLT** pphead, SLT* pos, SLType x);
//指定位置之后插入
void SLTInsertAfter(SLT* pos, SLType x);
//删除指定节点
void SLTErase(SLT** pphead, SLT* pos);
//删除指定位置后一个节点
void SLTEraseAfter(SLT* pos);

创建节点

        这里创建节点，还是使用动态内存来创建，创建完成后，将数据存储进去，并把新节点的下一个节点置为NULL

代码如下：

//创建节点
SLT* SLTCreat(SLType x)
{
	SLT* newnode = (SLT*)malloc(sizeof(SLT));
	assert(newnode);
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	return newnode;
}

        测试一下代码是否正确

可以看到代码没有问题。

输出链表

        由于这里实现单链表，存储的是整型数据，就以整型的方式输出，若存储其他类型的数据，就以存储类型的方式输出。

输出链表，首先就要遍历链表，因为链表最后一个节点里存储的下一个节点的地址为空（即最后一个节点  ->next 为空）所以，遍历链表结束的条件就是ptail ==NULL，没输出一个就让ptail指向下一个节点，直到为空，遍历结束。

        来写代码实现：

//输出链表
void SLTPrint(SLT* phead)
{
	SLT* ptail = phead;
	while (ptail!= NULL)//也可以直接写成 ptail
	{
		printf("%d -> ", ptail->data);
		ptail = ptail->next;
	}
	printf("NULL\n");
}

这里先创建两个节点并存储数据输出看一下结果

int main()
{
	SLT* plist = SLTCreat(1);
	plist->next = SLTCreat(2);
	SLTPrint(plist);
	return 0;
}

        这里也成功输出插入的两个数据。（最后一个节点的next指向空）

单链表头插

        在链表头部插入数据，不用像顺序表那样去移动所以的有效数据，链表只需要改变一个指针的指向即可

假设现在链表中已经存在两个数据，再进行头插，这时就只需要改变plist的指向即可，当然新节点的next指针也要指向下一个节点(plist指向的节点)。

代码如下：

//单链表头插
void SLTPushFront(SLT** pphead, SLType x)
{
	assert(pphead);
	SLT* newnode = SLTCreat(x);
	newnode->next = *pphead;
	*pphead = newnode;
}

还有一种情况，如果现在链表中没有数据，再进行头插，这里代码也能实现链表没有数据时的头插

单链表尾插

        链表的尾插，因为指针传的是指向头节点的指针的地址，所以，我们需要先遍历链表，找到链表的尾部，再修改尾节点的next指针指向。

假设现在链表中已经存在两个数据，再进行尾插，此时我们只需要找到链表的尾部，修改尾节点next指针指向即可，代码如下

//单链表尾插
void SLTPushBack(SLT** pphead, SLType x)
{
	assert(pphead);
	SLT* newnode = SLTCreat(x);
	SLT* ptail = *pphead;
	//遍历链表
	while (ptail->next)
	{
		ptail = ptail->next;
	}
	ptail->next = newnode;
}

        考虑了这种情况，再来看以下链表为空的情况，如果链表为空，这里ptail->next就对空指针进行解引用操作了；所以，我们需要判断链表是否为空？如果为空，插入的新节点就是头节点，直接让plist（即*pphead)指向新节点即可；如果不为空就正常进行尾插。

最终代码如下：

//单链表尾插
void SLTPushBack(SLT** pphead, SLType x)
{	
	assert(pphead);
	SLT* newnode = SLTCreat(x);
	if (*pphead == NULL) //判断链表是否为空
	{
		*pphead = newnode;
	}
	else {
		SLT* ptail = *pphead;
		//遍历链表
		while (ptail->next)
		{
			ptail = ptail->next;
		}
		ptail->next = newnode;
	}
}

这里代码可以正常进行尾插。

单链表头删

        链表头删，首先我们要判断链表是否为空，如果为空（空链表没有数据该如何删除呢）

链表头删，我们需要修改plist（*pphead）指向链表的下一个节点即头节点的next指针。

        此外：因为我们的节点都是动态申请的内存，所以在删除时，需要把它释放掉。

思路很简单，写一下代码：
 

//单链表头删
void SLTPopFront(SLT** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	SLT* del = (*pphead);
	*pphead = (*pphead)->next;
	free(del);
	del = NULL;
}

再来看一个如果链表为空，又是啥结果呢？

现在链表已经为空，在执行一次头删代码

这里assert断言报错。

单链表尾删

        首先尾删与头删一样，链表不能为空。

        尾删与尾插也有共同之处，就是遍历链表，找到链表的尾节点。找到尾节点，删除尾节点；然后修改尾节点上一个节点的next指针为NULL；所以在遍历链表时就要多记录一个节点。

//单链表尾删
void SLTPopBack(SLT** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	SLT* ptail = *pphead;
	SLT* pcur = *pphead;
	//遍历链表
	while (ptail->next)
	{
		pcur = ptail;
		ptail = ptail->next;
	}
	pcur->next = NULL;
	free(ptail);
	ptail  = NULL;
}

        在测试的时候我们会发现一个问题，如果链表只有一个节点，删除之后我们的plist指针并没有置为空，而我们的空间已经释放掉了，这是很危险的；所以这里我们先判断一下链表是否只有一个节点，如果是，我们释放完空间以后，将(*pphead)置为空，以免出现野指针的情况。

完善后代码：

//单链表尾删
void SLTPopBack(SLT** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	if ((*pphead)->next== NULL)
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
 
	}
	else {
		SLT* ptail = *pphead;
		SLT* pcur = *pphead;
		//遍历链表
		while (ptail->next)
		{
			pcur = ptail;
			ptail = ptail->next;
		}
		free(ptail);
		ptail = NULL;
		pcur->next = NULL;
	}
}

测试没有问题，代码能够完成尾删这个功能。

查找数据

        查找数据，遍历链表查找数据，如果找到就返回数据所在节点的地址，如果没有找到就返回NULL;

//查找数据
SLT* SLTFind(SLT* phead, SLType x)
{
	SLT* ptail = phead;
	while (ptail)
	{
		if (ptail->data == x)
		{
			return ptail;
		}
        ptail = ptail->next;
	}
	return NULL;
}

这里测试以下：

数据存在时

数据不存在时

指定节点之前插入

        在链表指定节点之前插入数据，我们还需要知道指定节点的前一个节点，所以仍然需要遍历链表，寻找指定节点pos前一个节点。

//指定位置之前插入
void SLTInsert(SLT** pphead, SLT* pos, SLType x)
{
	assert(pphead && *pphead);
	SLT* ptail = *pphead;
	if (ptail == pos)//头插
	{
		SLTPushFront(pphead, x);
	}
	else
	{
		SLT* newnode = SLTCreat(x);
		while (ptail->next != pos)//找到pos位置
		{
			ptail = ptail->next;
		}
		newnode->next = pos;
		ptail->next = newnode;
	}
}

当然，这里如果故意传NULL给pos，（这就没啥意义了）这里也可以写以下assert断言pos。

指定节点之后插入

        在指定节点之后插入数据，就不需要再进行遍历链表，这里直接插入即可。

//指定位置之后插入
void SLTInsertAfter(SLT* pos, SLType x)
{
	assert(pos);
	SLT* newnode = SLTCreat(x);
	newnode->next = pos->next;
	pos->next = newnode;
}

删除指定节点

        删除链表中的指定节点，我们需要这个节点的上一个节点，所以又需要遍历链表，找到pos上一个节点，修改pos->next指针指向。

代码如下：

//删除指定节点
void SLTErase(SLT** pphead, SLT* pos)
{
	//找到pos上一个节点
	SLT* ptail = *pphead;
	while (ptail->next != pos)
	{
		ptail = ptail->next;
	}
	SLT* p = pos->next;
	free(pos);
	pos = NULL;
	ptail->next = p;
}

删除指定节点后一个节点

        删除链表指定节点后一个节点，因为pos就是删除节点的上一个节点，所以不需要遍历链表，直接删除即可。

//删除指定位置后一个节点
void SLTEraseAfter(SLT* pos)
{
	assert(pos->next);
	SLT* del = pos->next;
	pos->next = pos->next->next;
	free(del);
	del = NULL;
}

这里如果传过来的就是链表的尾节点，那删除后一个节点，所以断言pos->next；

代码总览

#include"SList.h"
//创建节点
SLT* SLTCreat(SLType x)
{
	SLT* newnode = (SLT*)malloc(sizeof(SLT));
	assert(newnode);
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	return newnode;
}
//输出链表
void SLTPrint(SLT* phead)
{
	SLT* ptail = phead;
	while (ptail != NULL)//也可以直接写成 ptail
	{
		printf("%d -> ", ptail->data);
		ptail = ptail->next;
	}
	printf("NULL\n");
}
//单链表头插
void SLTPushFront(SLT** pphead, SLType x)
{
	assert(pphead);
	SLT* newnode = SLTCreat(x);
	newnode->next = *pphead;
	*pphead = newnode;
}
//单链表尾插
void SLTPushBack(SLT** pphead, SLType x)
{	
	assert(pphead);
	SLT* newnode = SLTCreat(x);
	if (*pphead == NULL) //判断链表是否为空
	{
		*pphead = newnode;
	}
	else {
		SLT* ptail = *pphead;
		//遍历链表
		while (ptail->next)
		{
			ptail = ptail->next;
		}
		ptail->next = newnode;
	}
}
//单链表头删
void SLTPopFront(SLT** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	SLT* del = (*pphead);
	*pphead = (*pphead)->next;
	free(del);
	del = NULL;
}
//单链表尾删
void SLTPopBack(SLT** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	if ((*pphead)->next== NULL)
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
 
	}
	else {
		SLT* ptail = *pphead;
		SLT* pcur = *pphead;
		//遍历链表
		while (ptail->next)
		{
			pcur = ptail;
			ptail = ptail->next;
		}
		free(ptail);
		ptail = NULL;
		pcur->next = NULL;
	}
}
//查找数据
SLT* SLTFind(SLT* phead, SLType x)
{
	SLT* ptail = phead;
	while (ptail)
	{
		if (ptail->data == x)
		{
			return ptail;
		}
		ptail = ptail->next;
	}
	return NULL;
}
//指定位置之前插入
void SLTInsert(SLT** pphead, SLT* pos, SLType x)
{
	assert(pphead && *pphead);
	SLT* ptail = *pphead;
	if (ptail == pos)//头插
	{
		SLTPushFront(pphead, x);
	}
	else
	{
		SLT* newnode = SLTCreat(x);
		while (ptail->next != pos)//找到pos位置
		{
			ptail = ptail->next;
		}
		newnode->next = pos;
		ptail->next = newnode;
	}
}
//指定位置之后插入
void SLTInsertAfter(SLT* pos, SLType x)
{
	assert(pos);
	SLT* newnode = SLTCreat(x);
	newnode->next = pos->next;
	pos->next = newnode;
}
//删除指定节点
void SLTErase(SLT** pphead, SLT* pos)
{
	//找到pos上一个节点
	SLT* ptail = *pphead;
	while (ptail->next != pos)
	{
		ptail = ptail->next;
	}
	SLT* p = pos->next;
	free(pos);
	pos = NULL;
	ptail->next = p;
}
//删除指定位置后一个节点
void SLTEraseAfter(SLT* pos)
{
	assert(pos->next);
	SLT* del = pos->next;
	pos->next = pos->next->next;
	free(del);
	del = NULL;
}

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