手搓单链表

文章目录

  • 前言
  • 一、链表和顺序表的区别
  • 二、什么是单链表
    • 单链表分类
    • 单链表的结构
  • 三、带头不循环单链表
    • 1.单链表的结构体
    • 2.带头不循环单链表的初始化和销毁
    • 3.带头不循环单链表的头插，尾插和打印
    • 4.带头不循环单链表的头删和尾删
    • 5.带头不循环单链表的查找，指定位置的插入和删除
  • 四、不带头循环单链表
    • 1.单链表的结构体
    • 2.不带头循环单链表的申请销毁
    • 3.带头不循环单链表的头插，尾插和打印
    • 4.带头不循环单链表的头删和尾删
  • 五、插入比较有无头节点的区别
    • 1.有头节点
    • 2.无头节点
  • 六、注意事项

前言

链表和顺序表都是线性表，都是数据结构中重要的部分，今天来看的单链表是很多高级结构的子部分，所以学好单链表有助于我们后期的提升。

一、链表和顺序表的区别

我们知道顺序表在内存上的存储方式： 是在内存中连续存放的。
在这里插入图片描述
从内存分布可以看出，顺序表的随机访问性强，有下标就可以知道我们的数据，但是缺点也很明显，插入删除时要保证空间连续，就要进行移动，造成插入删除不便，且数组还要考虑是否要扩容等情况。
链表在空间上的存储方式：随机存储。
在这里插入图片描述
从内存可以看出：链表在空间上的随机存储，由上一个节点通过指针指向下一个节点。这样的好处是插入删除不在需要移动数据，只需要改变指针就可以了，但也失去了随机访问，造成了访问不便。
和顺序表的对比：
顺序表的优点：物理空间连续，支持下标随机访问。
顺序表的缺点：空间不够需要扩容，扩容有一定的性能消耗，也会存在一定的空间浪费。且头部或中间的插入删除效率低下。
顺序表的优点：按需申请空间。头部和中间插入不需要移动数据。
顺序表的缺点：数据的随机访问性差。

二、什么是单链表

有一个或多个存放数据的结构体成员，还有一个指向下一个节点的指针。
在这里插入图片描述
数据：用来存储我们使用的数据。
指针：用来存储下一个节点的地址。

单链表分类

单链表分为四种：带头不循环单链表，带头循环单链表，不带头循环单链表和不带头不循环单链表。
在这里插入图片描述
带头中的头节点不存储有效的数据。

单链表的结构

不管带不带头，是否是循环非循环，单链表的结构是一样的。

struct SListNode
{SLTDateType data;//SLTDateType数据类型struct SListNode* next;//指向下一个结构体的指针
}

三、带头不循环单链表

下面我们来实现一下带头不循环单链表吧

1.单链表的结构体

typedef int SLTDateType;
typedef struct SListNode SListNode;
struct SListNode
{SLTDateType data;//SLTDateType数据类型struct SListNode* next;//指向下一个结构体的指针
};

这里我们用的数据类型为整形的数据。

2.带头不循环单链表的初始化和销毁

SListNode* BuySListNode(SLTDateType x)// 动态申请一个节点
{SListNode* pos = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode));//动态开辟一个空间pos->data = x;//给结构体的数据域赋值pos->next = NULL;//把指向下一个节点的地址置空
}
SListNode* Initialization()//初始带头节点的单链表
{SListNode* pHead = BuySListNode(0);return pHead;
}
void SListDestroy(SListNode* pHead)//单链表的销毁
{assert(pHead);//进行断言，判断传入的地址是否和法while (pHead->next != NULL)//如果头节点的下一个位置不为空，则证明没有到链表结尾{SListNode* pos = pHead->next;//创建一个指向头节点下一个位置的指针pHead->next = pos->next;//把头节点的下一个位置指向要删除的位置的下一个free(pos);//释放要删除的位置}
}

在这里我们单独创建了一个函数，这个函数用来开辟节点，方便我们后面插入时的节点开辟。
在这里插入图片描述
我们创建的头节点需要在销毁函数外释放。

3.带头不循环单链表的头插，尾插和打印

void SListPrint(SListNode* pHead)// 单链表打印
{assert(pHead);//进行断言，判断传入的地址是否和法SListNode* pos = pHead->next;//创建一个指向头节点下一个位置的指针while (pos != NULL){printf("%d->", pos->data);pos = pos->next;}printf("NULL\n");
}
void SListPushBack(SListNode* pHead, SLTDateType x)//单链表尾插
{assert(pHead);//进行断言，判断传入的地址是否和法SListNode* pos = BuySListNode(x);SListNode* inse = pHead;while (inse->next != NULL){inse = inse->next;//让元素向后移动}inse->next = pos;//把节点连接到最后的节点上。
}
void SListPushFront(SListNode* pHead, SLTDateType x)//单链表的头插
{assert(pHead);//进行断言，判断传入的地址是否和法SListNode* pos = BuySListNode(x);pos->next = pHead->next;//现用该节点记录下一个首元素位置，先执行下一句会造成节点丢失。pHead->next = pos;//把头节点的下一个位置置为该节点
}

在这里插入图片描述
测试函数：

void test1()
{SListNode* pHead = Initialization();SListPushBack(pHead, 1);SListPushBack(pHead, 2);SListPushBack(pHead, 3);SListPushBack(pHead, 4);SListPushBack(pHead, 5);SListPrint(pHead);SListDestroy(pHead);free(pHead);pHead = NULL;
}
void test2()
{SListNode* pHead = Initialization();SListPushFront(pHead, 1);SListPushFront(pHead, 2);SListPushFront(pHead, 3);SListPushFront(pHead, 4);SListPushFront(pHead, 5);SListPrint(pHead);SListDestroy(pHead);free(pHead);pHead = NULL;
}
int main()
{test1();//单链表尾插test2();//单链表的头插return 0;
}

在这里插入图片描述
注意：我们插入时如果不额外创建一个变量，那么进行插入时就要考虑顺序问题，不然会造成指针丢失。

4.带头不循环单链表的头删和尾删

void SListPopBack(SListNode* pHead)// 单链表的尾删
{assert(pHead);//进行断言，判断传入的地址是否和法assert(pHead->next);//对头节点的下一个位置进行判断，如果为空，则证明没有元素SListNode* pos = pHead;//用于保存要删除节点的上一个位置SListNode* del = pHead->next;//用于保存要删除节点的位置while (del->next != NULL){pos = pos->next;del = del->next;//让元素向后移动}free(del);pos->next = NULL;//把要删除节点的上一个位置的下一个节点置空
}
void SListPopFront(SListNode* pHead)// 单链表头删
{assert(pHead);//进行断言，判断传入的地址是否和法assert(pHead->next);//对头节点的下一个位置进行判断，如果为空，则证明没有元素SListNode* del = pHead->next;//用于保存要删除节点的位置pHead->next = del->next;free(del);
}

测试函数：

void test3()
{SListNode* pHead = Initialization();SListPushBack(pHead, 1);SListPushBack(pHead, 2);SListPushBack(pHead, 3);SListPushBack(pHead, 4);SListPushBack(pHead, 5);SListPrint(pHead);SListPopBack(pHead);// 单链表的尾删SListPrint(pHead);SListPopFront(pHead);// 单链表头删SListPrint(pHead);SListPopBack(pHead);// 单链表的尾删SListPrint(pHead);SListPopFront(pHead);// 单链表头删SListPrint(pHead);SListDestroy(pHead);free(pHead);pHead = NULL;
}
int main()
{//test1();//单链表尾插//test2();//单链表的头插test3();//单链表的头删和尾删return 0;
}

在这里插入图片描述
注意：我们不仅要判断传入的头节点是否正确，还要看传入的头节点下一个位置是否为NULL，当为空时证明没有节点，无法删除。

5.带头不循环单链表的查找，指定位置的插入和删除

SListNode* SListFind(SListNode* pHead, SLTDateType x)// 单链表查找
{assert(pHead);//进行断言，判断传入的地址是否和法SListNode* pos = pHead->next;while (pos != NULL){if (pos->data == x){return pos;//找打了该数据，返回这个结构体}pos = pos->next;}return NULL;//代表未找到
}
void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLTDateType x)// 单链表在pos位置之后插入x
{assert(pos);//进行断言，判断传入的地址是否和法SListNode* inse = BuySListNode(x);inse->next = pos->next;pos->next = inse;
}
void SListEraseAfter(SListNode* pos)// 单链表删除pos位置之后的值
{assert(pos);//进行断言，判断传入的地址是否和法SListNode* del = pos->next;pos->next = del->next;free(del);
}

测试函数：

void test4()
{SListNode* pHead = Initialization();SListPushBack(pHead, 1);SListPushBack(pHead, 2);SListPushBack(pHead, 3);SListPushBack(pHead, 4);SListPushBack(pHead, 5);SListPrint(pHead);SListInsertAfter(SListFind(pHead, 3), 30);// 单链表在pos位置之后插入xSListPrint(pHead);SListEraseAfter(SListFind(pHead, 3));// 单链表删除pos位置之后的值SListPrint(pHead);SListDestroy(pHead);free(pHead);pHead = NULL;
}
int main()
{//test1();//单链表尾插//test2();//单链表的头插//test3();//单链表的头删和尾删test4();//单链表的查找，指定位置的插入和删除return 0;
}

在这里插入图片描述
这里的实现思路和插入删除一样，只需要注意顺序就可以了。

四、不带头循环单链表

下面我们加一点难度来实现一下不带头循环单链表吧。

1.单链表的结构体

typedef struct STU SLTDateType;
typedef struct SListNode SListNode;
struct STU
{char name[10];//姓名int score;//分数
};
struct SListNode
{SLTDateType data;//SLTDateType数据类型struct SListNode* next;//指向下一个结构体的指针
};

这里我们用的数据类型为自定义类型的结构体。

2.不带头循环单链表的申请销毁

在这里插入图片描述
上面是我们的两种思路：第一种是错的，我们要用第二种，因为第二种随时都保持着我们的模型的完整。

SListNode* BuySListNode(SLTDateType x)// 动态申请一个节点
{SListNode* pos = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode));//动态开辟一个空间pos->data = x;//给结构体的数据域赋值pos->next = pos;//即使是一个节点也保持链表是循环的
}
SListNode* Initialization()//初始带头节点的单链表
{SListNode* pHead = BuySListNode(0);return pHead;
}
void SListDestroy(SListNode* pHead)//单链表的销毁
{assert(pHead);//进行断言，判断传入的地址是否和法while (pHead->next != NULL)//如果头节点的下一个位置不为空，则证明没有到链表结尾{SListNode* pos = pHead->next;//创建一个指向头节点下一个位置的指针pHead->next = pos->next;//把头节点的下一个位置指向要删除的位置的下一个free(pos);//释放要删除的位置}
}

注意：我们要时刻保持结构的完整性，即使是一个节点也保持链表是循环的。维持模型的完整性至关重要，它关乎着我们的思路是否会不经意之间出错！！！

3.带头不循环单链表的头插，尾插和打印

void SListPrint(SListNode* pHead)// 单链表打印
{assert(pHead);//进行断言，判断传入的地址是否和法SListNode* pos = pHead;//我们头节点也存储的有效数据while (pos->next != pHead){printf("姓名：%s  分数：%2d -->  ", pos->data.name, pos->data.score);pos = pos->next;}//此时少打印最后一名的数据printf("姓名：%s  分数：%2d -->  ", pos->data.name, pos->data.score);printf("\n");
}
void SListPushBack(SListNode** pHead, SLTDateType x)//单链表尾插
{assert(pHead);//进行断言，判断传入的地址是否和法SListNode* pos = BuySListNode(x);if (*pHead == NULL){*pHead = pos;(*pHead)->next = (*pHead);return;}SListNode* inse = *pHead;while (inse->next != *pHead){inse = inse->next;//让元素向后移动}inse->next = pos;//把节点连接到最后的节点上。pos->next = *pHead;
}
void SListPushFront(SListNode** pHead, SLTDateType x)//单链表的头插
{assert(pHead);//进行断言，判断传入的地址是否和法SListNode* pos = BuySListNode(x);if (*pHead == NULL){*pHead = pos;(*pHead)->next = (*pHead);return;}SListNode* inse = *pHead;while (inse->next != *pHead)//找到最后的节点{inse = inse->next;//让元素向后移动}inse->next = pos;//让最后的节点的下一个指向新的头节点pos->next = *pHead;//把新头节点的下一个位置置为旧头节点*pHead = pos;//更新头节点
}

测试函数：

void test5()
{SListNode* pHead = NULL;SLTDateType stu;int i = 5;while (i--)//插入5个数据{snprintf(stu.name, 10, "stu%2d", i);//和strcpy函数功能相似，这里我们换一个函数stu.score = rand() % 100;//用来产生随机数SListPushBack(&pHead, stu);//尾插}SListPrint(pHead);//ListPopBack(SListNode * pHead)SListDestroy(&pHead);
}
void test6()
{SListNode* pHead = NULL;SLTDateType stu;int i = 5;while (i--){snprintf(stu.name, 10, "stu%2d", i);stu.score = rand() % 100;SListPushFront(&pHead, stu);//头插}SListPrint(pHead);SListDestroy(&pHead);
}
int main()
{srand((unsigned)time());//用来产生随机数test5();test6();return 0;
}

在这里插入图片描述

注意：我们插入时一定要保持链表是循环的。

4.带头不循环单链表的头删和尾删

void SListPopBack(SListNode** pHead)// 单链表的尾删
{assert(pHead);//进行断言，判断传入的地址是否和法assert(*pHead);//进行断言，保证有元素SListNode* pos = NULL;//用于保存要删除节点的上一个位置SListNode* del = *pHead;while (del->next != *pHead){pos = del;del = del->next;//让元素向后移动}free(del);if (pos == NULL)//证明只有一个元素{*pHead = NULL;}pos->next = *pHead;//把要删除节点的上一个位置的下一个节点置空
}
void SListPopFront(SListNode** pHead)// 单链表头删
{assert(pHead);//进行断言，判断传入的地址是否和法assert(*pHead);//进行断言，保证有元素SListNode* pos = *pHead;//用来存储最后节点的位置while (pos->next != *pHead){pos = pos->next;//让元素向后移动}pos->next = (*pHead)->next;//断开和旧节点的循环，和新节点连成环free(*pHead);//释放就旧节点*pHead = pos->next;//更新头节点
}

测试函数：

void test5()
{SListNode* pHead = NULL;SLTDateType stu;int i = 5;while (i--)//插入5个数据{snprintf(stu.name, 10, "stu%2d", i);//和strcpy函数功能相似，这里我们换一个函数stu.score = rand() % 100;//用来产生随机数SListPushBack(&pHead, stu);//尾插}SListPrint(pHead);SListPopBack(&pHead);SListPrint(pHead);SListPopBack(&pHead);SListPrint(pHead);SListPopBack(&pHead);SListPrint(pHead);SListDestroy(&pHead);
}
void test6()
{SListNode* pHead = NULL;SLTDateType stu;int i = 5;while (i--){snprintf(stu.name, 10, "stu%2d", i);stu.score = rand() % 100;SListPushFront(&pHead, stu);//头插}SListPrint(pHead);SListPopFront(&pHead);SListPrint(pHead);SListPopFront(&pHead);SListPrint(pHead);SListPopFront(&pHead);SListPrint(pHead);SListDestroy(&pHead);
}
int main()
{srand((unsigned)time());//用来产生随机数test5();test6();return 0;
}

在这里插入图片描述
注意：我们头删尾删是都要保持链表是循环的，要注意更新头节点的位置，否则造成野指针问题。
其他的思路和上面很像，这里就不演示了。

五、插入比较有无头节点的区别

下面我们通过一道题来看一下有头和无头的区别吧：oj练习链接
题目描述：
在这里插入图片描述

1.有头节点

struct ListNode* removeElements(struct ListNode* head, int val)
{struct ListNode* first = (struct ListNode*)malloc(sizeof(struct ListNode));//创建一个头节点first->next = head;//指向题目所给的链表struct ListNode* del = head;//要删除的元素struct ListNode* pos = first;//要删除元素的上一个while(del != NULL){if(del->val == val)//如果为要删除的元素，则进行删除{pos->next = del->next;free(del);del = pos->next;}else{//如果del不是需要删除的节点，则更新pos,delpos = pos->next;del = del->next;}}head = first->next;//更新题目所传入头节点free(first);//释放我们创建的头节点first = NULL;return head;
}

在这里插入图片描述

2.无头节点

struct ListNode* removeElements(struct ListNode* head, int val) {if(head == NULL)//判断传入的链表是否为空{return NULL;   }struct ListNode* del = head;struct ListNode* pos = NULL;   while(del){      if(del->val == val)//如果当前节点是需要删除的节点{struct ListNode* next = del->next;//首先保存下一个节点//如果删除的为头节点，更新头节点//否则让当前节点的前趋节点链接next节点if(pos == NULL){head = del->next;}else{pos->next = del->next;  }free(del);del = next;}else{pos = del;del = del->next;}}  return head;
}

在这里插入图片描述
从上面的对比我们还是可以发现头节点的好处，当然，不是有头节点一定好，要根据具体问题具体分析。

六、注意事项

1.我们要时刻保持模型的完整性。
2.我们可以创建一个临时变量来存储头节点，用临时变量进行移动修改。目的是为了保证头节点位置固定，且不需要额外返回。
3.当我们对无头链表进行修改时，要传二级指针，尤其是修改第一个节点，不传二级指针无法修改，因为形参的改变无法影响实参。
4.只有逻辑正确结果才可能正确。

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