数据结构：单链表

文章目录

  • 🍉前言
  • 🍉基本概念
  • 🍉链表的分类
    • 🍌单链表节点的结构
    • 🍌创建节点
    • 🍌打印链表
    • 🍌插入和删除
      • 🥝尾插
      • 🥝头插
      • 🥝尾删
      • 🥝头删
      • 🥝指定位置之前插入
      • 🥝指定位置之后插入
      • 🥝删除指定节点
    • 🍌销毁
  • 🍉源码
    • 🍌头文件：声明部分
    • 🍌源文件：功能实现部分

🍉前言

喜茶的果汁茶有这样的一句宣传语：一半果汁一半茶。用这个来形容单链表那可是再合适不过了一一 一半数据一半指针。
在这里插入图片描述

🍉基本概念

链表是一种数据结构，采用链式存储一一在内存中不是连续存储的，各元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接次序实现的。它包含数据域和指针域，分别保存数据和下一个节点的地址。
在这里插入图片描述
如果要创建节点，一般是在堆上申请。

🍉链表的分类

链表结构多种多样，有三种分类，这些分类进行排列组合共有8种：

①单向或双向
区分单双向就看各节点之间的指向是否是双向的，比如下面这个就是双向链表。
在这里插入图片描述

②带头或不带头
就是有没有带头节点，头节点的数据域一般是存放这个链表的基本信息，其指针域指向第一个节点。在这里插入图片描述>>③循环或非循环
尾节点的指针指向头节点就可以形成一个循环。在这里插入图片描述

我们最常用的是这两种：无头单向非循环链表和带头双向循环链表，本文要讲的是单链表。

🍌单链表节点的结构

typedef int SLTypeDate;
typedef struct SListNode {SLTypeDate data;struct SListNode* next;
}SLNode;

这个结构体里面有一个同类型的结构体指针，这种现象叫做结构体的自引用，往下看你就会知道这个指针的妙处了。

Q：使用 typedef 对结构体重命名之后，可以在结构体内部使用新的名字吗？
A：不可以，因为编译器是向下编译的，上面的语句相当于：

struct SListNode {SLTypeDate data;struct SListNode* next;
};
typedef int SLTypeDate SLNode;

🍌创建节点

刚才已经在头文件里面定义了一个结构体类型SLNode（链表节点），那么现在来建立一些节点，用于后面测试相应的函数。
（原文件 test.c）

void SLTest() {SLNode* Node1 = (SLNode*)malloc(sizeof(SLNode));Node1->data = 1;SLNode* Node2 = (SLNode*)malloc(sizeof(SLNode));Node1->data = 2;SLNode* Node3 = (SLNode*)malloc(sizeof(SLNode));Node1->data = 3;SLNode* Node4 = (SLNode*)malloc(sizeof(SLNode));Node1->data = 4;
}

	Node1->next = Node2;Node2->next = Node3;Node3->next = Node4;Node4->next = NULL;

建立了四个节点，但是它们现在彼此之间还没有联系，就是孤零零的四个节点，此时我们用next指针把它们给串联起来。整体效果图就是这样：
在这里插入图片描述
某个节点的指针域保存的是下一个节点的地址

🍌打印链表

我们来写一个函数打印链表中存放的数据。

void SLPrint(SLNode* phead) {SLNode* pcur = phead;while (pcur) {printf("%d ->", pcur->data);pcur = pcur->next;  //pcur原先指向某个节点，现在让它指向下一个节点}printf("NULL\n");
}

这里解释下为什么要用一个pcur保存第一个节点的地址：因为你如果用phead的话，那到时phead在循环中就会不断往前走，直到它为NULL，也就是说，循环结束以后phead就是空指针了，那你就再也找不到链表中各个节点的地址了。

所以我们不难看出链表是通过地址的赋值，从上一个节点走到下一个节点

接下来也是和顺序表差不多，有头插、尾插的操作，执行插入操作时我们需要申请新节点，为了避免重复，让代码简洁一点，我们可以写一个申请新节点的函数。

SLNode* SLBuyNode(SLTypeDate x) {  //申请一个节点，并将想要存储的数据存进去SLNode* node = (SLNode*)malloc(sizeof(SLNode));node->data = x;node->next = NULL;return node;
}

🍌插入和删除

老规矩，还是分为头插和尾插还有随便插，先来写个尾插

🥝尾插

在这里插入图片描述

我们首先得找到最后一个节点，然后把它的next指针改为node的地址，代码如下，该说的基本都在注释讲了，主要来说一下 while 循环的终止条件。
在这里插入图片描述
如果循环终止条件是pcur == NULL 的话，那就跑过头了，此时pcur就成空指针。

void SLPushBack(SLNode** pphead,SLTypeDate x) {assert(pphead);SLNode* node = SLBuyNode(x);if (*pphead == NULL) {  //phead为空说明此时链表为空,那就直接插入*pphead = node;  //让node是第一个节点的地址return;}//若不为空，则先找到链表的最后一个节点，再插入SLNode* pcur = *pphead;  //老样子，用临时变量pcur去走循环while (pcur->next) {pcur = pcur->next;}//此时pcur指向最后一个节点pcur->next = node;
}

如果你指针部分的知识学得很扎实，那你一眼就可以看出这段代码有问题了。

这样写问题出在哪里呢？问题在于你传的参数，你觉得把实参传给这个phead是传值调用还是传址调用？显然是传值，因为实参虽然是节点的地址，但是它本质上是一个值，你传过来给 phead 的只是一个值而已，任你怎么改变phead，都与实参无关。而在这个函数中，如果你进行尾插时链表为空，那node的值只给到了phead，无法影响到实参。
要解决问题的话，改为传二级指针就ok了。

而如果链表不为空，那就没啥影响了，因为此时你只需改变 next ，无需改变实参。传值确实没问题，但是为了形式上的统一（避免一下子是一级指针，一下子又是二级指针），所以也传二级指针。
phead 是一级指针，那么二级指针我们就记为pphead，把原本的phead改为 *pphead就ok了。同时我们需要对 pphead 进行断言，因为它为空的话那就不能解引用。
所以正确的代码如下：

void SLPushBack(SLNode** pphead,SLTypeDate x) {assert(pphead);  //进行断言，防止传过来的指针为空SLNode* node = SLBuyNode(x);if (*pphead == NULL) {  //phead为空说明此时链表为空,那就直接插入*pphead = node;  //让node是第一个节点的地址return;}//若不为空，则先找到链表的最后一个节点，再插入SLNode* pcur = *pphead;  //老样子，用临时变量pcur去走循环while (pcur->next) {pcur = pcur->next;}//此时pcur指向最后一个节点pcur->next = node;
}

🥝头插

头插就很简单了，不用考虑顺序表为不为空。

void SLPushFront(SLNode** pphead, SLTypeDate x) {assert(pphead);SLNode* node = SLBuyNode(x);node->next = *pphead;*pphead = node;
}

🥝尾删

尾删需要完成2个任务：①释放掉最后一个节点的空间；②将倒数第二个节点的 next 指针置为空。
最后一个节点这个好找，那倒数第二个呢？请看下面代码：

void SLPopBack(SLNode** pphead,SLTypeDate x) {assert(pphead);assert(*pphead);  //如果节点地址为空，那么说明节点为空（为空说明没有指向），而节点为空时显然不能删除SLNode* prev = NULL;SLNode* ptail = *pphead;if ((*pphead)->next == NULL) {free(*pphead);*pphead = NULL;return;}while (ptail->next) {prev = ptail;ptail = ptail->next;}prev->next = ptail->next;free(ptail);ptail = NULL;
}
}

我这次弄了两个指针：prev和ptail，ptail经过循环最终指向最后一个节点；而prev则是指向倒数第二个节点。可以看到，每次循环我在把下一个节点地址赋给 ptail之前，就把当下ptail 保存到prev，这样在最后一次循环时 prev 就在倒二了。
然后 if 语句里面的是只有一个节点的情况，为什么要单独把它拿出来讨论呢？因为如果没有这个 if 语句，那么此时 prev 就是NULL，它不能解引用去访问节点里面的 next，更何况此时还是一个空节点。

释放最后一个节点之后，一定要把它的地址置为空，你如果不置空，在尾删这个函数里面确实没问题，但是在打印链表的函数中，循环的终止条件是pcur为空，当pcur走到被删掉的节点时，因为地址不为空，所以会把这里的东西打印出来。
释放掉某块空间，只是把里面的数据给释放掉，但是那块空间仍然存在

🥝头删

头删的思路就是：把第一个节点释放掉，把 phead（*pphead） 给到原先的第二个节点

void SLPopFront(SLNode** pphead) {assert(pphead);assert(*pphead);SLNode* pcur = *pphead;*pphead = (*pphead)->next;free(pcur);pcur = NULL;
}

这里 pcur 可以不置为空，但出于代码规范，所以置空。

🥝指定位置之前插入

既然要在某位置前插入，那就得先找到这个位置，怎么找呢？当然是循环遍历了，先来写下找到我们想要的节点的函数：

SLNode* SLFindNode(SLNode** pphead, SLTypeDate x) {assert(pphead);SLNode* pcur = *pphead;while (pcur) {if (pcur->data == x) {return pcur;}pcur = pcur->next;}return NULL;  //找不到就返回空指针
}

然后可以写插入的函数了：

void SLInsert(SLNode** pphead, SLNode* pos, SLTypeDate x) {assert(pphead);assert(*pphead);assert(pos);SLNode* node = SLFindNode(*pphead,pos);SLNode* prev = *pphead;if (*pphead = pos) {  //只有一个节点或插入位置位于第一个节点之前的情况node->next = *pphead;*pphead = node;return;}//多个节点的情况while (prev->next != pos) {prev = prev->next;}node->next = pos;prev->next = node;
}

注：你画图就会发现只有一个节点or插入第一个节点之前的位置，这两种情况下 pos 和 *pphead 都指向第一个节点。

🥝指定位置之后插入

这个就比上面那个简单多了，因为现在pos节点已知，那就少了遍历的过程。（pos后面的节点可以通过 next 找到，但是pos之前的节点只能遍历得到）
不过这次需要注意的插入的次序，比如现在节点node和pos已知，插入时，应该先让node的next指向第三个节点，然后再让 pos 的 next 指向 node，如果反过来的话，那第三个节点可就找不到了（即pos->next）
在这里插入图片描述
这个函数的实现很简单的，你自己尝试一下。

🥝删除指定节点

如图，要删除pos这个节点
在这里插入图片描述
首先我们得找到pos前面的节点 prev，然后让prev->next = pos->next，完事之后这个pos就没啥“利用价值”了，把它 free 掉。
不过前面做了这么多个接口之后，你应该也会考虑到一些特殊情况，比如要删除的pos就是第一个节点。
在这里插入图片描述

这种情况下我们就先弄一个pcur 保存第一个节点的地址，然后*pphead = (*pphead)->next，再把pcur指向的空间free掉并置空。
这里有一个要注意的点：解引用操作符优先度比“->”低，所以要用括号给括起来，不然会报错。

void SLErase(SLNode** pphead, SLNode* pos) {assert(*pphead);assert(pphead);assert(pos);if (*pphead == pos) {*pphead = (*pphead)->next;free(pos);pos = NULL;return;}SLNode* prev = *pphead;while (prev->next != pos) {prev = prev->next;}prev->next = pos->next;free(pos);pos = NULL;
}

🍌销毁

使用完之后，就要把链表给销毁了。

void SLDestroy(SLNode** pphead) {assert(pphead);SLNode* pcur = *pphead;while (*pphead) {pcur = *pphead;*pphead = (*pphead)->next;free(pcur);pcur = NULL;}
}

🍉源码

🍌头文件：声明部分

#pragma once
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<assert.h>typedef int SLTypeDate;
typedef struct SListNode {SLTypeDate data;struct SListNode* next;
}SLNode;void SLPrint(SLNode* phead);void SLPushBack(SLNode** pphead, SLTypeDate x);void SLPushFront(SLNode** pphead, SLTypeDate x);void SLPopFront(SLNode** pphead);void SLPopBack(SLNode** pphead);void SLInsert(SLNode** pphead, SLNode* pos, SLTypeDate x);SLNode* SLFindNode(SLNode** pphead, SLTypeDate x);void SLInsertAfter(SLNode* pos, SLTypeDate x);void SLErase(SLNode** pphead, SLNode* pos);void SLDestroy(SLNode** pphead);

🍌源文件：功能实现部分

#include"SList.h"void SLPrint(SLNode* phead) {SLNode* pcur = phead;while (pcur) {printf("%d ->", pcur->data);pcur = pcur->next;}printf("NULL\n");
}SLNode* SLBuyNode(SLTypeDate x) {  //申请一个节点，并将想要存储的数据存进去SLNode* node = (SLNode*)malloc(sizeof(SLNode));node->data = x;node->next = NULL;return node;
}void SLPushBack(SLNode** pphead,SLTypeDate x) {assert(pphead);SLNode* node = SLBuyNode(x);if (*pphead == NULL) {  //phead为空说明此时链表为空,那就直接插入*pphead = node;  //让node是第一个节点的地址return;}//若不为空，则先找到链表的最后一个节点，再插入SLNode* pcur = *pphead;  //老样子，用临时变量pcur去走循环while (pcur->next) {pcur = pcur->next;}//此时pcur指向最后一个节点pcur->next = node;
}void SLPushFront(SLNode** pphead, SLTypeDate x) {assert(pphead);SLNode* node = SLBuyNode(x);node->next = *pphead;*pphead = node;
}void SLPopBack(SLNode** pphead) {assert(pphead);assert(*pphead);  //如果节点地址为空，那么说明节点为空（为空说明没有指向），而节点为空时显然不能删除SLNode* prev = NULL;SLNode* ptail = *pphead;if ((*pphead)->next == NULL) {free(*pphead);*pphead = NULL;return;}while (ptail->next) {prev = ptail;ptail = ptail->next;}free(ptail);ptail = NULL;
}void SLPopFront(SLNode** pphead) {assert(pphead);assert(*pphead);SLNode* pcur = *pphead;*pphead = (*pphead)->next;free(pcur);//pcur = (*pphead)->next;//free(*pphead);//*pphead = pcur;pcur = NULL;
}SLNode* SLFindNode(SLNode** pphead, SLTypeDate x) {assert(pphead);SLNode* pcur = *pphead;while (pcur) {if (pcur->data == x) {return pcur;}pcur = pcur->next;}return NULL;  //找不到就返回空指针
}//在指定位置前插入
void SLInsert(SLNode** pphead, SLNode* pos, SLTypeDate x) {assert(pphead);assert(*pphead);assert(pos);SLNode* node = SLFindNode(*pphead,pos);SLNode* prev = *pphead;if (*pphead = pos) {  //只有一个节点或插入位置位于第一个节点之前的情况node->next = *pphead;*pphead = node;return;}//多个节点的情况while (prev->next != pos) {prev = prev->next;}node->next = pos;prev->next = node;
}void SLInsertAfter(SLNode* pos, SLTypeDate x) {assert(pos);SLNode* node = SLBuyNode(x);node->next = pos->next;pos->next = node;
}void SLErase(SLNode** pphead, SLNode* pos) {assert(*pphead);assert(pphead);assert(pos);if (*pphead == pos) {*pphead = (*pphead)->next;free(pos);pos = NULL;return;}SLNode* prev = *pphead;while (prev->next != pos) {prev = prev->next;}prev->next = pos->next;free(pos);pos = NULL;}void SLDestroy(SLNode** pphead) {assert(pphead);SLNode* pcur = *pphead;while (*pphead) {pcur = *pphead;*pphead = (*pphead)->next;free(pcur);pcur = NULL;}
}

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