数据结构__链表_单链表的初始化、插入、删除、修改、查询打印（基于C语言实现）

news/2024/11/7 3:04:49/文章来源:https://www.cnblogs.com/wyfm/p/18531415

一、链表的原理与应用

对于顺序表的数据增加和删除是比较麻烦，因为都需要移动一片连续的内存。

顺序表的优点是：由于顺序表数据元素的内存地址都是连续的，所以可以实现随机访问，而且不需要多余的信息来描述相关的数据，所以存储密度高。

顺序表的缺点是：顺序表的数据在进行增删的时候，需要移动成片的内存，另外，当数据元素的数量较多的时候，需要申请一块较大的连续的内存，同时当数据元素的数量的改变比较剧烈，顺序表不灵活。

思考：既然顺序表实现数据的增加和删除比较麻烦，又占用连续内存，请问有没有更好方案?

回答：是有的，可以利用链式存储的线性表实现，链式存储指的是采用离散的内存单元来存储数据元素，用户需要使用某种方式把所有的数据元素连接起来，这样就可以变为链式线性表，简称为链表，链表可以高效的使用碎片化内存。
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可以看到：

顺序表和链式表的区别：顺序表使用连续的内存，链式表使用离散的内存空间。

思考：既然链表中的每个数据元素的地址都是不固定的，请问用户如何访问某个元素呢???

回答：由于链表中的每个数据元素的地址是不固定的，所以每个数据元素都应该使用一个指针指向直接后继的内存地址，当然最后一个数据元素没有直接后继，所以最后一个数据元素指向NULL即可，作为用户只需要知道第一个数据元素的内存地址，就可以访问后继元素了。
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注意：如果采用链式存储，则线性表中每一个数据元素除了存储自身数据之外，还需要额外存储直接后继的地址，所以链表中的每一个数据元素都是由两部分组成：存储自身数据的部分被称为数据域，存储直接后继地址的部分被称为指针域，数据域和指针域组成的数据元素被称为结点（Node）。

注意：链表的工作原理其实很简单，只要大家搞清楚链表的使用流程就可以很轻松的理解，链表具体的操作步骤如下所示：
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根据链表的结点的指针域的数量以及根据链表的首尾是否相连，把链式线性表分为以下几种：单向链表、单向循环链表、双向链表、双向循环链表、内核链表。这几种链表的使用规则差不多，只不过指针域数量不同。
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上图就是最简单的单向链表的内部结构，可以看到每一个结点都保存了一个地址，每个地址都是逻辑上相邻的下一个结点的地址，只不过末尾结点的指针指向NULL。

另外注意：可以看到链表中是有一个头指针的，头指针只指向第一个元素的地址，想要访问链表中的某个元素只需要通过头指针即可。

思考：使用顺序表的时候需要创建一个管理结构体来管理顺序表，请问链表需不需要创建???

回答：可以根据用户的需要来选择，一般把链表分为两种：一种是不带头结点的链表，一种是带头结点的链表，头结点指的是管理结构体，只不过头结点只存储第一个元素的内存地址，头结点并不存储有效数据，头结点的意义只是为了方便管理链表。

(1)不带头结点的链表

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(2)附带头结点的链表

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可以知道，头指针是必须的，因为通过头指针才可以访问链表的元素， 头结点是可选的，只是为了方便管理链表而已。

注意：在链表中，还有两个专业名称，一个是首结点，一个是尾结点，三者之前的区别如下：

A.头结点：是不存储有效数据的，只存储第一个数据元素的地址，头指针只指向头结点。

B.首结点：是存储有效数据的，也存储直接后继的内存地址，首结点就是第一个结点，首 结点是唯一一个只指向别的结点，不被别的结点指向的结点。

C.尾结点：是存储有效数据的，尾结点就是链表的最后一个结点，所以尾结点中存储的地 址一般指向NULL，尾结点是唯一一个只被别的结点指向，不能指向别的结点 的结点。

为了方便管理单向链表，所以需要构造 头结点的数据类型以及构造有效结点的数据类型，如下：

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(1)创建一个空链表，由于是使用头结点，所以就需要申请头结点的堆内存并初始化即可。
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(2)创建一个新结点，并为新结点申请堆内存以及对新结点的数据域和指针域进行初始化。
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(3)根据情况把新结点插入到链表中，此时可以分为尾部插入、头部插入、指定位置插入。
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(4)根据情况可以从链表中删除某结点，此时可以分为尾部删除、头部删除、指定元素删除。
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代码


/*** @file name : 单链表* @brief     : 单链表的初始化、插入、删除、修改、查询打印* @author    : yfm3262@163.com* @date      : 2024/11/07* @version   : 1.1* CopyRight (c)  2023-2024   yfm3262@163.com   All Right Reseverd
*/
单链表公式

/*单链表表总结成公式struct xxx{//数据域(需要存放什么类型的数据,你就定义对应的变量即可)//指针域(存放下一个数据在内存中的地址)};单链表的基本操作:初始化单链表 √插入数据 √删除数据 √修改数据查询打印数据
*/
初始化单链表
构建单链表结点

// DataType_t指的是单向链表中的结点有效数据类型，用户可以根据需要进行修改
typedef int DataType_t;typedef struct LinkedList
{DataType_t data;         // 结点的数据域struct LinkedList *next; // 结点的指针域, 存放下一个结点的地址
} LList_t;
创建一个空链表（仅头结点）

/*** @name      :LList_Create* @brief     :创建一个空链表，空链表应该有一个头结点，对链表进行初始化* @param     :* @retval    :头结点地址* @date      :2024年11月07日* @version   :1.0* @note      :*/
LList_t *LList_Create(void)
{// 1.创建一个头结点并对头结点申请内存, 只申请一个节点大小, calloc会初始化为0LList_t *Head = (LList_t *)calloc(1, sizeof(LList_t));// 错误处理if (NULL == Head){perror("Calloc memory for Head is Failed");exit(-1);}// 2.对头结点进行初始化，头结点是不存储有效内容的！！！Head->next = NULL;// 3.把头结点的地址返回即可return Head;
}
创建一个新结点
/*** @name      :LList_NewNode* @brief     :创建新的结点，并对新结点进行初始化(数据域 + 指针域)* @param     :@data :要创建结点的元素* @retval    :NULL 申请堆内存失败 ; New 新结点地址* @date      :2024/11/07* @version   :1.0* @note      :
*/
LList_t *LList_NewNode(DataType_t data)
{// 1.创建一个新结点并对新结点申请内存LList_t *New = (LList_t *)calloc(1, sizeof(LList_t));if (NULL == New){perror("Calloc memory for NewNode is Failed");return NULL;}// 2.对新结点的数据域和指针域进行初始化New->data = data;New->next = NULL;return New;
}
插入数据
头插
/*** @name      :LList_HeadInsert* @brief     :在单链表的头结点后插入* @param     :@Head :头指针@data :要创建结点的元素* @retval    :true 插入成功; false 插入失败 / 申请内存失败* @date      :2024/11/07* @version   :1.0* @note      :
*/
bool LList_HeadInsert(LList_t *Head, DataType_t data)
{// 1.创建新的结点，并对新结点进行初始化LList_t *New = LList_NewNode(data);if (NULL == New){printf("can not insert new node\n");return false;}// 2.判断链表是否为空，如果为空，则直接插入即可if (NULL == Head->next){Head->next = New;return true;}// 3.如果链表为非空，则把新结点插入到链表的头部New->next = Head->next;Head->next = New;return true;
}
中插
/*** @name      LList_DestInsert* @brief     单链表中的指定元素后面插入新结点* @param     Head 头指针* @param     dest 要查找的结点* @param     data 要插入的数据* @return 程序执行成功与否*      @retval    false 插入失败*      @retval    true  插入成功* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
bool LList_DestInsert(LList_t *Head, DataType_t dest, DataType_t data)
{// 操作指针指向首节点LList_t *Phead = Head->next;// 1.创建新的结点，并对新结点进行初始化LList_t *New = LList_NewNode(data);if (NULL == New){printf("can not insert new node\n");return false;}// 2.判断链表是否为空，如果为空，则直接插入即可if (NULL == Head->next){Head->next = New;return true;}// 3.遍历链表，目的是找到目标结点，比较结点的数据域while (Phead != NULL && dest != Phead->data){Phead = Phead->next;}if (NULL == Phead) // 若到了尾节点还未找到{return false;}// 4.说明找到目标结点，则把新结点加入到目标的后面New->next = Phead->next;Phead->next = New;return true;
}
尾插
/*** @name      LList_TailInsert* @brief     将新元素插入到尾结点后面* @param     Head 头指针* @param     data 新元素* @return 程序执行成功与否*      @retval    false 插入失败*      @retval    true  插入成功* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
bool LList_TailInsert(LList_t *Head, DataType_t data)
{// 拷贝头指针LList_t *Phead = Head;// 1.创建新的结点，并对新结点进行初始化LList_t *New = LList_NewNode(data);if (NULL == New){printf("can not insert new node\n");return false;}// 2.判断链表是否为空，如果为空，则直接插入即可if (NULL == Head->next){Head->next = New;return true;}// 3.如果链表为非空，则把新结点插入到链表的尾部while (Phead->next){Phead = Phead->next;}Phead->next = New;return true;
}
删除数据
头删
/*** @name      LList_HeadDel* @brief     删除头结点后面的一个结点* @param     Head 头指针* @return 程序执行成功与否*      @retval    false 删除失败*      @retval    true  删除成功* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
bool LList_HeadDel(LList_t *Head)
{// 创建操作指针LList_t *Phead = Head;// 2.判断链表是否为空，如果为空，则直接退出if (NULL == Head->next){return false;}// 3.链表是非空的，则直接删除首结点Head->next = Phead->next->next;Phead->next->next = NULL;free(Phead->next);return true;
}
中删
/*** @name      LList_DestDel* @brief     中删, 删除某个元素结点* @param     Head 头指针* @param     dest 要删除的目标元素* @return 程序执行成功与否*      @retval    false 删除失败, 未找到目标元素结点*      @retval    true  删除成功* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
bool LList_DestDel(LList_t *Head, DataType_t dest)
{// 操作指针, 指向当前结点的前一个结点, 初始化 指向头指针LList_t *prev = Head;// 当前操作指针, 指向当前结点, 用于移动, 初始指向头结点LList_t *current = Head->next;while (current != NULL) // 若链表不为空{if (current->data == dest) // 若找到, 此时 prev-->[dest结点直接前驱] ,cur-->[dest]{prev->next = current->next; // 链接删除节点的直接前驱和直接后继current->next = NULL;       // 防止内存泄漏free(current);              // 释放内存return true;}prev = current; // 若未找到, 两个操作指针后移一个结点current = current->next;}return false; // 没有找到元素
}
尾删
/*** @name      LList_TailDel* @brief     删除尾结点* @param     Head 头指针* @return 程序执行成功与否*      @retval    false 删除失败, 链表为空*      @retval    true  删除成功* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
bool LList_TailDel(LList_t *Head)
{// 检查链表是否为空或只有头结点if (Head == NULL || Head->next == NULL){return false;}LList_t *current = Head; // current 当前操作指针, 指向当前结点, 用于遍历链表LList_t *prev = NULL;    // prev 用于记录 current 的前一个结点// 遍历链表直到最后一个结点while (current->next != NULL){prev = current; // 若未找到, 两个操作指针后移一个结点current = current->next;}// 删除尾结点if (prev != NULL) // 到达尾结点的直接前驱{prev->next = NULL; // 直接前驱指针域为NULL}free(current); // 释放尾结点的内存, 防止内存泄漏return true;
}
删除最小值结点
/*** @name      LList_DelMin* @brief     删除单链表中最小值结点* @param     Head 头指针* @return    无* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
void LList_DelMin(LList_t *Head)
{LList_t *min_prev;           // 记录最小值结点的直接前驱地址LList_t *min = Head->next;   // 记录最小值结点的地址LList_t *phead = Head->next; // 记录当前结点的地址LList_t *phead_prev = Head;  // 记录当前结点的直接前驱地址// 1.遍历链表,目的是找到最小值结点while (phead->next){// 比较链表中结点的数据域的大小if (min->data > phead->next->data){min = phead->next;min_prev = phead;}// 如果发现当前结点数据域不大于当前结点的直接后继,则向后遍历phead_prev = phead;phead = phead->next;}// 2.删除当前的最小值结点,前提是让最小值结点的直接前驱指向最小值结min_prev->next = min->next;// 3.释放最小值结点的内存min->next = NULL;free(min);
}
其它
#include 
#include 
#include 
// 主函数，用于演示
int main(int argc, char *argv[]) {return 0;
}

题目：

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/*** @name      LList_DelMin* @brief     删除单链表中最小值结点* @param     Head 头指针* @return    无* @date      2024/11/07* @version   1.0* @note*/
void LList_DelMin(LList_t *Head)
{LList_t *min_prev;           // 记录最小值结点的直接前驱地址LList_t *min = Head->next;   // 记录最小值结点的地址LList_t *phead = Head->next; // 记录当前结点的地址LList_t *phead_prev = Head;  // 记录当前结点的直接前驱地址// 1.遍历链表,目的是找到最小值结点while (phead->next){// 比较链表中结点的数据域的大小if (min->data > phead->next->data){min = phead->next;min_prev = phead;}// 如果发现当前结点数据域不大于当前结点的直接后继,则向后遍历phead_prev = phead;phead = phead->next;}// 2.删除当前的最小值结点,前提是让最小值结点的直接前驱指向最小值结min_prev->next = min->next;// 3.释放最小值结点的内存min->next = NULL;free(min);
}

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