计算机编程内功修练 --> 数据结构之单链表

前言

上篇文章学习了线性表的顺序存储结构，不过，在代码的实现过程中，发现了顺序表的一个很大的问题：插入和删除需要移动大量的数据元素，那如何解决这个问题?

链式存储结构

前篇文章有谈到过线性表的存储方式，一种是顺序存储结构，另一种是链式存储结构。我们再来回顾一下链式存储的定义

为了表示每个数据元素与其直接后继元素之间的逻辑关系，每个元素除了存储本身的信息外，还需要存储指示其直接后继的信息

链式存储结构.png

单链表

上面的定义有提到逻辑关系，有一种常见的链式存储逻辑结构可以体现：单链表。

n个结点链接成一个链式线性表的结构叫做链表，当每个结点中包含一个指针域时，叫做单链表

链表.png

链表的基本概念

上面的定义有提到链表，一个链表一般可以分为三个部分：

• 表头结点

  链表中的第一个结点，包含指向第一个数据元素的指针以及链表自身的一些信息

• 数据结点

  链表中代表数据元素的结点，包含指向下一个数据元素的指针和数据元素的信息

• 尾结点

  链表中的最后一个数据结点，其下一个元素指针为空，也就是指针域为空，表示无后继

单链表结构图

单链表.png

实现单链表

在头文件中声明需要实现单链表的操作

typedef void LinkList;
typedef struct _tag_LinkListNode LinkListNode;
/**在C语言中可以用结构体来定义链表中指针域*/
struct _tag_LinkListNode {

    /**指向下个元素的指针*/
    LinkListNode *next;
};

/**数据元素结点*/
typedef struct Value {

    LinkListNode next;
    int value;
} TValue;

LinkList *createLinkList();

void destroyLinkList(LinkList *list);

void clearLinkList(LinkList *list);

int getLinkListLen(LinkList *list);

int addLinkListEle(LinkList *list, LinkListNode *node, int position);

LinkListNode *getLinkListEle(LinkList *list, int position);

LinkListNode *deleteLinkListEle(LinkList *list,int position);

在实现的文件中定义头节点

/**
 * 定义表头结点
 */
typedef struct _tag_LinkList {

    /**指向第一个元素的头指针*/
    LinkListNode header;
    /**整个单链表的长度*/
    int length;

} TLinkList;

单链表的添加元素操作

/**
 * 添加元素到单链表中指定位置
 * @param list
 * @param node
 * @param position  在链表中的索引值
 * @return
 */
int addLinkListEle(LinkList *list, LinkListNode *node, int position) {

    TLinkList *linkList = (TLinkList *) list;
    /**判断单链表、插入的元素以及插入的位置的合法性*/
    int ret = (linkList != NULL) && (node != NULL) && (position >= 0);
    int i;
    if (ret) {
        /** step 1 开始位置指向表头*/
        LinkListNode *current = (LinkListNode *) linkList;
        for (i = 0; i < position && current->next != NULL; i++) {

            /**
             * step 2 由表头开始通过next指针移动position次
             * 第position处的下一个元素就是要插入的位置，也就
             * 是当前元素的current->next。
             */
            current = current->next;
        }
        /**
         * step 3 交换当前元素和插入元素的指针域
         * 注：这两步顺序不能搞反，否则会导致单链
         * 表断链
         */
        node->next = current->next;
        current->next = node;

        /**更新单链表长度*/
        linkList->length++;
    }
    return ret;
}

这里的核心算法就是step 2和step 3这两步。我们可以通过图来加深理解。请注意图中的第2步与第1步是顺序是不能搞反的，否则会导致断链

插入.png

单链表的删除元素操作

/**
 * 删除链表中指定的元素
 * @param list
 * @param position  被删除元素在链表中的索引值
 * @return
 */
LinkListNode *deleteLinkListEle(LinkList *list, int position) {

    TLinkList *linkList = (TLinkList *) list;
    LinkListNode *node = NULL;
    if (linkList != NULL && position >= 0 && position < linkList->length) {

        LinkListNode *current = (LinkListNode *) linkList;
        /**获取第position处元素，该元素的next指针域就是需要删除的元素*/
        for (int i = 0; i < position; i++) {
            current = current->next;
        }
        node = current->next;
        current->next = node->next;
        linkList->length--;

    }
    return node;
}

删除.png

获取元素

/**
 * 获取指定位置的元素
 * @param list
 * @param position 被获取元素在链表中的索引值
 * @return
 */
LinkListNode *getLinkListEle(LinkList *list, int position) {

    TLinkList *linkList = (TLinkList *) list;
    LinkListNode *node = NULL;
    int i;
    if (linkList != NULL && position >= 0 && position < linkList->length) {

        /** step 1 开始位置指向表头*/
        LinkListNode *current = (LinkListNode *) linkList;

        for (i = 0; i < position; i++) {

            /** step 2 由表头开始通过next指针移动position次*/
            current = current->next;

        }
        /** step 3 当前元素的next指针即指向要获取的元素*/
        node = current->next;
    }
    return node;
}

总结

单链表的一些主要操作就都已经实现完了，代码中注释很清楚，再加上图一起来理解就更非常容易了(完整代码)。那它与上篇文章学过的顺序表有哪些优缺点了？

• 优点：

  • 无需一次性定制链表的容量
  • 插入和删除无需移动数据元素

• 缺点

  • 数据元素必须保存后继元素的位位置信息
  • 获取指定数据的元素操作需要顺序访问之前的元素