【数据结构】单链表详解

当我们学完顺序表的时候，我们发现了好多问题如下：

  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。

如何解决上面的问题呢？？今天就跟着小张一起学习单链表吧！！

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 。
在这里插入图片描述
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注意：1.链式结构在逻辑上是连续的，但是在物理上不一定连续
2.结点一般都是在堆上申请出来的（malloc）
3.从堆上申请的空间，是按照一定策略来分配的，两次申请的空间可能连续，也可能不连续

单链表

在这里插入图片描述

单链表的接口实现

void  printdata(info* phead)//打印单链表
info* BuySListNode(int x)//创建新结点
void pushback(info** pphead, int x)//尾插
void pushFront(info** pphead, int x)//头插
void popFront(info** pphead)//头删
void popBack(info** pphead)//尾删
info* SListFind(info* pphead, int x)//单链表查找
SeqListInsert(info** pphead,info* pos,int x)//pos指针指向结点的地址的前一个位置前插插入
void SeqListErase(info** pphead, info* pos)//删除pos位置的值
void SListInsertAfter(info* pos, int x)//单链表在pos位置之后插入x
void SListEraseAfter(info* pos)//删除pos的后一个位置

0.结构体定义单个结点

typedef struct info {int data;//data存数据struct info* next;//info*next存放下一个结点的地址}info;

1.创建新结点

info* BuySListNode(int x)
{info* newnode = (info*)malloc(sizeof(info));//空间申请assert(newnode);//断言，新结点是否申请到了newnode->data = x;//数据赋值newnode->next = NULL;//指向的地址赋值return newnode;//将申请好的空间首地址返回回去}

在这里插入图片描述

断言，如果没申请到空间，mallo返回空指针，断言newnode就会报错

为什么要用二级指针传参在尾插，头插，尾删，头删中

分析：在这里插入图片描述

2.尾插

void pushback(info** pphead, int x)//尾插
{info* newnode = BuySListNode(x);//将创建好的新结点的地址保存在newnode变量中if (*pphead == NULL)//链表无结点{*pphead = newnode;// 将创建好的头节点的地址给给*pphead，作为新头节点的地址}else{info* tail = *pphead;//定义一个指针，先指向头结点的地址while (tail->next != NULL)//循环遍历找尾结点{tail = tail->next;//指针指向下一个结点}tail->next = newnode;//找到尾结点，将尾结点的next存放新接结点的地址}}

分析：
在这里插入图片描述

文字解释：大体上就是直接将最后一个结点的next存入新结点的地址，然后将新结点的next存入空（NULL)。
申请新的结点，如果pphead为空地址，链表还没有结点，将新结点的地址传给pphead,新结点的地址就是头结点的地址，如果该链表中已经存在结点，定义一个指针先存放头节点的地址，然后遍历整个链表，循环寻找哪个结点的next为NULL，不是的话就将tail指向下一个结点，对应操作为tail = tail->next;结点的next为NULL，那个结点就是尾结点，找到尾结点之后将尾结点的next存入要插入新结点的地址，新结点的next已经在 BuySListNode(int x)置为空地址

3.打印链表

void  printdata(info* phead)
{info* cur = phead;while (cur != NULL){printf("%d->", cur->data);cur = cur->next;}printf("NULL");}

分析在这里插入图片描述
文字描述：定义一个指针cur指向头结点，使用这个指针循环遍历，这个指针指向的不为空的话就继续循环，在循环中打印cur->data，对应的操作是printf(“%d->”, cur->data);打印%d后面加->是为了方便观察;然后将cur指针移动到下一个结点的位置对应操作是cur = cur->next;，继续打印。

4.头插

void pushFront(info** pphead, int x)//头插
{info* newnode = BuySListNode(x);//创建新结点，将新结点的地址存放在newnode指针变量中newnode->next = *pphead;//新结点的下一个结点应该为旧头结点的地址*pphead = newnode;//新头结点的地址更新为newnode指针所指向的地址}

分析
在这里插入图片描述

文字描述：将创建的新结点的地址存放在newnode指针变量中，pphead为原先头结点的地址，头插一个新结点后，应该将新结点的next存放原先头结点的地址，对应操作为newnode->next = pphead;然后保存在pphead应该为新的头结点的地址，也就是newnode所指向的地址，对应操作为pphead = newnode;

5.头删

void popFront(info** pphead)
{info* p =(*pphead)->next;//定义指针存放头结点的下一个结点的地址free(*pphead);//释放头结点*pphead = p;//头结点地址更新为原先头结点的下一个结点的地址
}

分析：
在这里插入图片描述

6.尾删

void popBack(info** pphead)
{info* tailprev = NULL;info* tail = *pphead;if ((*pphead)->next == NULL){free(*pphead);*pphead = NULL;}else{while (tail->next != NULL){tailprev = tail;tail = tail->next;}free(tail);tailprev->next = NULL;}
}

分析：在这里插入图片描述

7.修改

info* SListFind(info* pphead, int x)
{info* cur = pphead;//cur指针保存pphead指针接收的地址while (cur){if (cur->data == x){  //cur->data==y可以将查找出来的值修改为y,不用单独写修改函数，传参也要多一个yreturn cur;//找到的话返回该结点的地址}cur = cur->next;//cur指向下一个结点的地址}return NULL;}

分析：
在这里插入图片描述

8.pos指针指向结点的地址的前一个位置前插插入（随便插）

SeqListInsert(info** pphead,info* pos,int x)//pos指针指向结点的地址的前一个位置前插插入
{assert(pphead);//头结点地址不能为空if (pos == *pphead)//pos指针指向结点的地址为头结点，相当于头插{pushFront(*pphead, x);//调用头插函数}else{info* prev = *pphead;//定义一个prev指针，先让他保存头结点的地址while (prev->next != pos)//循环遍历找pos指针指向结点的前一个结点{prev = prev->next;}info* newnode=BuySListNode(x);//申请新结点，将申请好的结点地址存放在newnode指针变量里面prev->next = newnode;//使之前pos指针指向的结点的前一个结点的next存入插入新结点的地址，newnode->next = pos;//然后新结点的next存入pos指向结点的地址
}
}

分析：在这里插入图片描述

9.删除pos位置的值

void SeqListErase(info** pphead, info* pos)
{if (pos == *pphead)//删除结点是否为头结点{popFront(*pphead);//头删}else{info* prev = *pphead;//定义一个prev指针，先让他存放头结点的地址while (prev->next != pos)//循环遍历寻找哪个结点的next存放的是pos指针指向的结点的地址{prev = prev->next;//prev指针指向下一个结点}prev->next = pos->next;//pos指针指向的结点的上一个结点的next存放pos指针指向的结点的下一个结点的地址free(pos);//释放掉pos指针指向的那块空间}
}

分析：在这里插入图片描述

10.单链表在pos位置之后插入x

void SListInsertAfter(info* pos, int x)
{assert(pos);//防止在空指针info* newnode=BuySListNode(x);//申请新结点newnode->next = pos->next;pos->next = newnode;}

分析：在这里插入图片描述
那么1，2是否可以反过来

	pos->next = newnode;newnode->next = pos->next;

不行，d3的地址会丢失
出现下图的情况：在这里插入图片描述

11.删除pos的后一个位置

void SListEraseAfter(info* pos)
{assert(pos);//防止pos指向空地址if (pos->next == NULL)//如果pos指针指向最后一个结点return;//直接退出，不往下执行info* del = pos->next;//保存pos指针指向结点的下一个结点的地址pos->next = del->next;//更新pos指针指向的结点的下一个结点为pos指针指向结点下下一个结点的地址free(del);//释放掉保存pos指针指向结点的下一个结点的地址的空间。}

分析：在这里插入图片描述

12.完整源码

#include<stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
typedef struct info {int data;struct info* next;}info;
void  printdata(info* phead)
{info* cur = phead;while (cur != NULL){printf("%d->", cur->data);cur = cur->next;}printf("NULL");}
info* BuySListNode(int x)
{info* newnode = (info*)malloc(sizeof(info));assert(newnode);newnode->data = x;newnode->next = NULL;return newnode;}
void pushback(info** pphead, int x)//尾插
{info* newnode = BuySListNode(x);if (*pphead == NULL){*pphead = newnode;}else{info* tail = *pphead;while (tail->next != NULL){tail = tail->next;}tail->next = newnode;}}
void pushFront(info** pphead, int x)//头插
{info* newnode = BuySListNode(x);newnode->next = *pphead;*pphead = newnode;}
void popFront(info** pphead)//头删
{info* p =(*pphead)->next;free(*pphead);*pphead = p;}
void popBack(info** pphead)//尾删
{info* tailprev = NULL;info* tail = *pphead;if ((*pphead)->next == NULL){free(*pphead);*pphead = NULL;}else{while (tail->next != NULL){tailprev = tail;tail = tail->next;}free(tail);tailprev->next = NULL;}
}
info* SListFind(info* pphead, int x)//查找
{info* cur = pphead;while (cur){if (cur->data == x){return cur;}cur = cur->next;}return NULL;
}
SeqListInsert(info** pphead,info* pos,int x)//pos指针指向结点的地址的前一个位置前插插入
{assert(*pphead);if (pos == *pphead){pushFront(*pphead, x);}else{info* prev = *pphead;while (prev->next != pos){prev = prev->next;}info* newnode=BuySListNode(x);prev->next = newnode;newnode->next = pos;}}
void SeqListErase(info** pphead, info* pos)
{if (pos == *pphead){popFront(*pphead);}else{info* prev = *pphead;while (prev->next != pos){prev = prev->next;}prev->next = pos->next;free(pos);}}
void SListInsertAfter(info* pos, int x)
{assert(pos);info* newnode=BuySListNode(x);newnode->next = pos->next;pos->next = newnode;
}
void SListEraseAfter(info* pos)
{assert(pos);if (pos->next == NULL)return;info* del = pos->next;pos->next = del->next;free(del);}int main()
{info* n1 = (info*)malloc(sizeof(info));info* n2 = (info*)malloc(sizeof(info));info* n3 = (info*)malloc(sizeof(info));info* n4 = (info*)malloc(sizeof(info));assert(n1 && n2 && n3 && n4);n1->data = 1;n2->data = 2;n3->data = 3;n4->data = 4;n1->next = n2;n2->next = n3;n3->next = n4;n4->next = NULL;printf("原链表:");printdata(n1);printf("\n");printf("尾插:");pushback(&n1, 5);pushback(&n1, 6);pushback(&n1, 7);pushback(&n1, 8);printdata(n1);printf("\n");printf("头插:");pushFront(&n1, 10);pushFront(&n1, 20);printdata(n1);printf("\n");printf("头删:");popFront(&n1);printdata(n1);printf("\n");printf("尾删:");popBack(&n1);popBack(&n1);printdata(n1);printf("\n");printf("查找到并修改:");SListFind(n1, 3)->data = 80;printdata(n1);printf("\n");printf("pos指针指向结点的地址的前一个位置前插插入:");SeqListInsert(&n1, n4, 100);printdata(n1);printf("\n");printf("删除pos位置的值:");SeqListErase(&n1, n4);printdata(n1);printf("\n");printf("单链表在pos位置之后插入x:");SListInsertAfter(n2, 1000);printdata(n1);printf("\n");printf("删除pos的后一个位置:");SListEraseAfter(n1);printdata(n1);printf("\n");}

13.代码编译运行

在这里插入图片描述

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