【数据结构与算法笔记】单链表的基本操作
本文更好的排版方式：单链表
线性表的存储结构有顺序存储结构（顺序表）和链式存储结构（链表）两种。顺序表在之前的博客有介绍过，不明白的朋友可查看：静态分配顺序表的基本操作及动态分配顺序表的基本操作。相对于顺序表来说，链表稍微难一些，本人花了两天的时间认真查看了一些资料，终于大致明白了一些东西。现在做一些总结，分享给大家，有错误的地方欢迎大家指正。
一、相关概念术语
1、链表结点由数据域（存放本身信息）和指针域（指向后继结点的指针）构成。如下图所示：
图1 结点的构成
其C语言定义可表示为：
typedef struct LNode
{
int data; //data中存放结点数据域（默认是int型）
struct LNode *next; //指向后继结点的指针
}LNode;2、头结点：在开始结点之前的结点（可有可无）。其值域不包含任何信息。
3、开始结点：第一个元素所在的结点。
4、头指针：永远指向链表中第一个结点的位置（如果链表有头结点，头指针指向头结点；否则，头指针指向开始结点）。
5、单链表
图2 带头结点的单链表
（1）带头结点的单链表：头指针head指向头结点。头指针head始终不等于NULL，head->next等于NULL的时候链表为空。
（2）不带头结点的单链表：头结点head指向开始结点，即图2中的a1，当head等于NULL时链表为空。
6、头结点和头指针的区别：头指针是一个指针，头指针指向链表的第一个结点（如果链表有头结点，头指针指向头结点；否则，
头指针指向开始结点）；头结点是一个实际存在的点，它包含有数据域和指针域。两者在程序上的直接体现就是：头指针至声明
而没有分配存储空间，头结点进行了声明并分配了一个结点的实际物理内存。
二、代码部分
1、单链表结点定义
typedef struct LNode
{
int data; //data中存放结点数据域（默认是int型）
struct LNode *next; //指向后继结点的指针
}LNode;2、单链表的创建
单链表的创建有两种方法，即头插法和尾插法。原理如下图所示：
图3 头插法与尾插法
（1）头插法创建单链表（生成的链表是逆序的）的代码如下：
LNode *HeadCreateList(int len)
{
LNode *L = (LNode*)malloc(sizeof(LNode)); //创建一个头结点
LNode *temp = L;//声明一个中间变量，指向头结点，用于遍历链表（曾因没有这个中间变量而出错）
temp->next = NULL; //该链表此刻只带头结点
for(int i=1;i<=len;i++) //循环申请len个结点来接收scanf得到的元素
{
LNode *p = (LNode*)malloc(sizeof(LNode)); //生成新结点
scanf("%d",&p->data); //用新申请的结点来接收scanf得到的元素
/* 以下两条语句是头插法的关键步骤，与本工程"Insert"函数原理一样 */
p->next = temp->next; //新结点的next指针指向开始结点
temp->next = p; //头结点的next指针指向新结点
}
return (LNode*)L;
}程序运行结果如下：
（2）尾插法创建单链表（生成的链表是顺序的）的代码如下：
LNode *TailCreateList(int len)
{
LNode *L = (LNode*)malloc(sizeof(LNode)); //创建一个头结点
LNode *temp = L;//声明一个中间变量，指向头结点，用于遍历链表（曾因没有这个中间变量而出错）
temp->next = NULL;//该链表此刻只带头结点
for(int i=1;i<=len;i++) //循环申请len个结点来接收scanf得到的元素
{
LNode *p = (LNode*)malloc(sizeof(LNode)); //生成新结点
scanf("%d",&p->data); //用新申请的结点来接收scanf得到的元素
/* 以下两条语句是尾插法的关键步骤 */
temp->next = p; //用来接纳新结点
temp = p; //指向终端结点，以便于接纳下一个到来的结点，此语句也可以改为"L = L->next"
}
temp->next = NULL; //此刻所有元素已经全装入链表L中，L的终端结点的指针域置为NULL
return (LNode*)L;
}程序运行结果如下：
2、链表中查找某结点
因为链表不支持随机访问，即链表的存取方式是顺序存取的（注意“存储”与“存取”是两个不一样的概念），所以要查找某结点，必须通过遍历的方式查找。例如：如果想查找第5个结点，必须先遍历走过第1~4个结点，才能得到第5个结点。代码如下：
int Serch(LNode *L, int elem)
{
LNode *temp = L;
int pos = 0;
int i = 1;
while(temp->next)
{
temp = temp->next;
if(elem==temp->data)
{
pos = i;
printf("The %d position in the list is %d\n",elem,pos);
return pos; //返回elem元素在顺序表中的位置
}
i++;
}
printf("Serch error!\n");
return ERROR; //查找失败
}程序运行结果如下：
3、修改某结点的数据域
要修改某结点的数据域，首先通过遍历的方法找到该结点，然后直接修改该结点的数据域的值。代码如下：
LNode *Replace(LNode *L, int pos, int elem)
{
LNode *temp = L; //引入一个中间变量，用于循环变量链表
temp = temp->next; //在遍历之前，temp指向开始结点
for(int i=1;inext;
}
temp->data = elem; //找到要替换的结点并替换其数据域的值为elem
return (LNode*)L; //注意！！不能写为 "return (LNode*)temp;"
} 程序运行结果如下：
4、往链表中插入结点
插入结点的位置有三种：
（1）插入到链表的首部，也就是头结点和开始结点之间；
（2）插入到链表中间的某个位置；
（3）插入到链表的末端。
图4 链表中插入结点5
虽然插入的位置有区别，都使用相同的插入手法。分为两步，如图4所示：
（1）将新结点的next指针指向插入位置的后一个结点；
（2）将插入位置的前一个结点的next指针指向插入结点。
代码如下：
LNode *Insert(LNode *L, int pos, int elem)
{
LNode *temp = L; //引入一个中间变量，用于循环变量链表
int i = 0;
/* 首先找到插入结点的上一结点，即第pos-1个结点 */
while( (temp!=NULL)&&(inext;
++i;
}
/* 错误处理：链表为空或插入位置不存在 */
if( (temp==NULL)||(i>pos-1) )
{
printf("%s:Insert false!\n",__FUNCTION__);
return (LNode*)temp;
}
LNode *new = (LNode*)malloc(sizeof(LNode)); //创建新结点new
new->data = elem; //插入的新结点的数据域
new->next = temp->next; //新结点的next指针指向插入位置后的结点
temp->next = new; //插入位置前的结点的next指针指向新结点
return (LNode*)L; //注意！！不能写为 "return (LNode*)temp;"
} 程序运行结果如下：
5、删除链表结点
图5 删除结点
当需要从链表中删除某结点时，需要进行两部操作：
（1）将结点从链表中摘下来，即修改指针指向为：被删除结点的前一个结点的next指针指向被删除结点之后的结点。
（2）手动释放掉被删除结点所占用的内存。
代码如下：
LNode *Delete(LNode *L, int pos, int *elem)
{
LNode *temp = L; //引入一个中间变量，用于循环变量链表
int i = 0;
/* 首先找到删除结点的上一结点，即第pos-1个结点 */
while( (temp!=NULL)&&(inext;
++i;
}
/* 错误处理：链表为空或删除位置不存在 */
if( (temp==NULL)||(i>pos-1) )
{
printf("%s:Delete false!\n",__FUNCTION__);
return (LNode*)temp;
}
LNode *del = temp->next; //定义一个del指针指向被删除结点
*elem = del->data; //保存被删除的结点的数据域
temp->next = del->next; /*删除结点的上一个结点的指针域指向删除结点的下一个结点，
也可写为“temp->next = temp->next->next”*/
free(del); //手动释放该结点，防止内存泄露
del = NULL; //防止出现野指针
return (LNode*)L; //注意！！不能写为 "return (LNode*)temp;"
} 程序运行结果如下：
以下是完整的代码：
/*----------------------------------------------------------------------------------------
Program Explain：单链表的基本操作
Create Date：2018.2.13 by lzn
----------------------------------------------------------------------------------------*/
#include
#include
#define ERROR 1
#define OK 0
/* 单链表结点定义 */
typedef struct LNode
{
int data; //data中存放结点数据域（默认是int型）
struct LNode *next; //指向后继结点的指针
}LNode;
//操作函数的声明
LNode *HeadCreateList(int len); //头插法建立单链表
LNode *TailCreateList(int len); //尾插法建立单链表
int Serch(LNode *L, int elem); //在表中寻找元素的位置
LNode *Replace(LNode *L, int pos, int elem); //替换第pos个位置的元素成elem
LNode *Insert(LNode *L, int pos, int elem); //在表中插入新结点
LNode *Delete(LNode *L, int pos, int *elem); //删除表中的结点
void PrintfList(LNode *L); //打印链表
int MenuSelect(void); //菜单
//测试函数的声明
void Test1(LNode *L); //测试"Serch"函数
void Test2(LNode *L); //测试"Replace"函数
void Test3(LNode *L); //测试"Insert"函数
void Test4(LNode *L); //测试"Delete"函数
LNode *Test5(void); //测试"TailCreateList"函数
LNode *Test6(void); //测试"HeadCreateList"函数
/*********************************************************************************
* Function Name ： main主函数
* Parameter ： NULL
* Return Value ： 0
* Function Explain ：
* Create Date ： 2018.2.13 by lzn
**********************************************************************************/
int main(void)
{
int len = 0;
int cmd;
LNode *L;
/* 初始默认为尾插法建立单链表 */
printf("Please input list length:");
scanf("%d",&len);
L = TailCreateList(len);
PrintfList(L);
while(1)
{
cmd = MenuSelect();
switch(cmd)
{
case 1: Test1(L); break; //测试"Serch"函数
case 2: Test2(L); break; //测试"Replace"函数
case 3: Test3(L); break; //测试"Insert"函数
case 4: Test4(L); break; //测试"Delete"函数
case 5: L=Test5(); break; //测试"TailCreateList"函数
case 6: L=Test6(); break; //测试"HeadCreateList"函数
case 7: system("cls"); break; //清屏
case 8: exit(0); break; //退出
}
}
return 0;
}
/*********************************************************************************
* Function Name ： HeadCreateList, 头插法建立单链表（逆序）
* Parameter ： len：链表长度
* Return Value ： 创建好的链表
* Function Explain ： 从一个空表开始，不断读入数据，生成新结点，将读入数据存放到新
结点的数据域中，然后将新结点插入到当前链表的表头结点之后。
* Create Date ： 2018.2.13 by lzn
**********************************************************************************/
LNode *HeadCreateList(int len)
{
LNode *L = (LNode*)malloc(sizeof(LNode)); //创建一个头结点
LNode *temp = L;//声明一个中间变量，指向头结点，用于遍历链表（曾因没有这个中间变量而出错）
temp->next = NULL; //该链表此刻只带头结点
for(int i=1;i<=len;i++) //循环申请len个结点来接收scanf得到的元素
{
LNode *p = (LNode*)malloc(sizeof(LNode)); //生成新结点
scanf("%d",&p->data); //用新申请的结点来接收scanf得到的元素
/* 以下两条语句是头插法的关键步骤，与本工程"Insert"函数原理一样 */
p->next = temp->next; //新结点的next指针指向开始结点
temp->next = p; //头结点的next指针指向新结点
}
return (LNode*)L;
}
/*********************************************************************************
* Function Name ： TailCreateList, 尾插法建立单链表（顺序）
* Parameter ： len：链表长度
* Return Value ： 创建好的链表
* Function Explain ： 从一个空表开始，不断读入数据，生成新结点，将读入数据存放到新
结点的数据域中，然后将新结点插入到当前链表的表尾结点之后。
* Create Date ： 2018.2.13 by lzn
**********************************************************************************/
LNode *TailCreateList(int len)
{
LNode *L = (LNode*)malloc(sizeof(LNode)); //创建一个头结点
LNode *temp = L;//声明一个中间变量，指向头结点，用于遍历链表（曾因没有这个中间变量而出错）
temp->next = NULL;//该链表此刻只带头结点
for(int i=1;i<=len;i++) //循环申请len个结点来接收scanf得到的元素
{
LNode *p = (LNode*)malloc(sizeof(LNode)); //生成新结点
scanf("%d",&p->data); //用新申请的结点来接收scanf得到的元素
/* 以下两条语句是尾插法的关键步骤 */
temp->next = p; //用来接纳新结点
temp = p; //指向终端结点，以便于接纳下一个到来的结点，此语句也可以改为"L = L->next"
}
temp->next = NULL; //此刻所有元素已经全装入链表L中，L的终端结点的指针域置为NULL
return (LNode*)L;
}
/*********************************************************************************
* Function Name ： Serch, 查找结点
* Parameter ： L：链表 elem：所查找的结点的数据域
* Return Value ： pos：搜索到的元素的位置 ERROR：elem不在顺序表L中
* Function Explain ：
* Create Date ： 2018.2.13 by lzn
**********************************************************************************/
int Serch(LNode *L, int elem)
{
LNode *temp = L;
int pos = 0;
int i = 1;
while(temp->next)
{
temp = temp->next;
if(elem==temp->data)
{
pos = i;
printf("The %d position in the list is %d\n",elem,pos);
return pos; //返回elem元素在顺序表中的位置
}
i++;
}
printf("Serch error!\n");
return ERROR; //查找失败
}
/*********************************************************************************
* Function Name ： Replace, 替换第pos个位置的元素成elem
* Parameter ： L：链表 pos：要替换的位置 elem：要替换的元素
* Return Value ： 替换某结点之后生成的新链表
* Function Explain ：
* Create Date ： 2018.2.13 by lzn
**********************************************************************************/
LNode *Replace(LNode *L, int pos, int elem)
{
LNode *temp = L; //引入一个中间变量，用于循环变量链表
temp = temp->next; //在遍历之前，temp指向开始结点
for(int i=1;inext;
}
temp->data = elem; //找到要替换的结点并替换其数据域的值为elem
return (LNode*)L; //注意！！不能写为 "return (LNode*)temp;"
}
/*********************************************************************************
* Function Name ： Insert, 向链表中插入结点
* Parameter ： L：链表 pos：要插入的位置 elem：要插入的结点的数据域
* Return Value ： 插入新结点之后生成的新链表
* Function Explain ：
* Create Date ： 2018.2.13 by lzn
**********************************************************************************/
LNode *Insert(LNode *L, int pos, int elem)
{
LNode *temp = L; //引入一个中间变量，用于循环变量链表
int i = 0;
/* 首先找到插入结点的上一结点，即第pos-1个结点 */
while( (temp!=NULL)&&(inext;
++i;
}
/* 错误处理：链表为空或插入位置不存在 */
if( (temp==NULL)||(i>pos-1) )
{
printf("%s:Insert false!\n",__FUNCTION__);
return (LNode*)temp;
}
LNode *new = (LNode*)malloc(sizeof(LNode)); //创建新结点new
new->data = elem; //插入的新结点的数据域
new->next = temp->next; //新结点的next指针指向插入位置后的结点
temp->next = new; //插入位置前的结点的next指针指向新结点
return (LNode*)L; //注意！！不能写为 "return (LNode*)temp;"
}
/*********************************************************************************
* Function Name ： Delete, 删除链表中的结点
* Parameter ： L：链表 pos：要删除的位置 elem：被删除的结点的数据域
* Return Value ： 删除结点之后生成的新链表
* Function Explain ：
* Create Date ： 2018.2.13 by lzn
**********************************************************************************/
LNode *Delete(LNode *L, int pos, int *elem)
{
LNode *temp = L; //引入一个中间变量，用于循环变量链表
int i = 0;
/* 首先找到删除结点的上一结点，即第pos-1个结点 */
while( (temp!=NULL)&&(inext;
++i;
}
/* 错误处理：链表为空或删除位置不存在 */
if( (temp==NULL)||(i>pos-1) )
{
printf("%s:Delete false!\n",__FUNCTION__);
return (LNode*)temp;
}
LNode *del = temp->next; //定义一个del指针指向被删除结点
*elem = del->data; //保存被删除的结点的数据域
temp->next = del->next; /*删除结点的上一个结点的指针域指向删除结点的下一个结点，
也可写为“temp->next = temp->next->next”*/
free(del); //手动释放该结点，防止内存泄露
del = NULL; //防止出现野指针
return (LNode*)L; //注意！！不能写为 "return (LNode*)temp;"
}
/*********************************************************************************
* Function Name ： PrintfList，打印链表
* Parameter ： L：要打印的链表
* Return Value ： NULL
* Function Explain ：
* Create Date ： 2018.2.13 by lzn
**********************************************************************************/
void PrintfList(LNode *L)
{
LNode *temp = L;
int count = 0; //计数器
printf("List:\n");
while(temp->next)
{
temp = temp->next;
printf("%d\t",temp->data);
count++;
if(count%5==0) //每5个元素作为一行
{
printf("\n");
}
}
printf("\n");
}
/*********************************************************************************
* Function Name ： MenuSelect,菜单
* Parameter ： void
* Return Value ： cmd
* Function Explain ：
* Create Date ： 2018.2.13 by lzn
**********************************************************************************/
int MenuSelect(void)
{
int cmd;
printf("1.Serch test\n");
printf("2.Replace test\n");
printf("3.Insert test\n");
printf("4.Delete test\n");
printf("5.TailCreateList test\n");
printf("6.HeadCreateList test\n");
printf("7.Clear\n");
printf("8.Exit\n");
do
{
printf("Enter your choice: ");
scanf("%d",&cmd);
}while(cmd<0||cmd>8);
return cmd;
}
/* ====================================以下是测试函数============================== */
/*********************************************************************************
* Function Name ： Test1, 测试"Serch"函数
* Parameter ： L：链表
* Return Value ： void
* Function Explain ：
* Create Date ： 2018.2.13 by lzn
**********************************************************************************/
void Test1(LNode *L)
{
int serchElem = 0; //存储要搜索的元素
printf("--------------------%s start!--------------------\n",__FUNCTION__);
PrintfList(L);
printf("Please input the element you want to serch:");
scanf("%d",&serchElem);
Serch(L,serchElem);
printf("--------------------%s end!--------------------\n",__FUNCTION__);
printf("\n");
}
/*********************************************************************************
* Function Name ： Test2, 测试"Replace"函数
* Parameter ： L：链表
* Return Value ： void
* Function Explain ：
* Create Date ： 2018.2.13 by lzn
**********************************************************************************/
void Test2(LNode *L)
{
int replacePos = 0, replaceElem = 0; //存储替换的位置，替换的元素
printf("--------------------%s start!--------------------\n",__FUNCTION__);
PrintfList(L);
printf("Please input the position and the element you want replace(example:10,33):");
scanf("%d,%d",&replacePos,&replaceElem);
L = Replace(L,replacePos,replaceElem);
printf("After replace by position,list is:\n");
PrintfList(L);
printf("--------------------%s end!--------------------\n",__FUNCTION__);
printf("\n");
}
/*********************************************************************************
* Function Name ： Test3, 测试"Insert"函数
* Parameter ： L：链表
* Return Value ： void
* Function Explain ：
* Create Date ： 2018.2.13 by lzn
**********************************************************************************/
void Test3(LNode *L)
{
int insertPos = 0, insertElem = 0; //存储插入的位置，插入的元素
printf("--------------------%s start!--------------------\n",__FUNCTION__);
PrintfList(L);
printf("Please input the position and the element you want insert(example:10,33):");
scanf("%d,%d",&insertPos,&insertElem);
L = Insert(L,insertPos,insertElem);
printf("After insert,list is:\n");
PrintfList(L);
printf("--------------------%s end!--------------------\n",__FUNCTION__);
printf("\n");
}
/*********************************************************************************
* Function Name ： Test4, 测试"Delete"函数
* Parameter ： L：链表
* Return Value ： void
* Function Explain ：
* Create Date ： 2018.2.13 by lzn
**********************************************************************************/
void Test4(LNode *L)
{
int deletePos = 0; //存储要删除的位置
int elem = NULL;
printf("--------------------%s start!--------------------\n",__FUNCTION__);
PrintfList(L);
printf("Please input the position of the element you want to delete(example:10):");
scanf("%d",&deletePos);
L = Delete(L,deletePos,&elem);
printf("Delete node data is:%d\n",elem);
printf("After delete,list is:\n");
PrintfList(L);
printf("--------------------%s end!--------------------\n",__FUNCTION__);
printf("\n");
}
/*********************************************************************************
* Function Name ： Test5, 测试"TailCreateList"函数
* Parameter ： void
* Return Value ： 初始化成功的链表
* Function Explain ：
* Create Date ： 2018.2.13 by lzn
**********************************************************************************/
LNode *Test5(void)
{
LNode *L;
int len = 0;
printf("--------------------%s start!--------------------\n",__FUNCTION__);
printf("Please input list length:");
scanf("%d",&len);
L = TailCreateList(len);
PrintfList(L);
printf("--------------------%s end!--------------------\n",__FUNCTION__);
printf("\n");
return (LNode*)L;
}
/*********************************************************************************
* Function Name ： Test6, 测试"HeadCreateList"函数
* Parameter ： void
* Return Value ： 初始化成功的链表
* Function Explain ：
* Create Date ： 2018.2.13 by lzn
**********************************************************************************/
LNode *Test6(void)
{
LNode *L;
int len = 0;
printf("--------------------%s start!--------------------\n",__FUNCTION__);
printf("Please input list length:");
scanf("%d",&len);
L = HeadCreateList(len);
PrintfList(L);
printf("--------------------%s end!--------------------\n",__FUNCTION__);
printf("\n");
return (LNode*)L;
} 三、参考资料
1、头插法与尾插法
2、C语言中文网数据结构教程
3、链表的操作
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