数据结构与算法 ---- 单链表与其代码演示
文章目录
- 数组的局限性
- 单链表的原理
- 创建链表
- 尾插法
- 思路
- 图解
- 尾插法代码
- 头插法
- 思路
- 图解
- 头插法代码
- 链表基本操作
- 查找节点
- 思路
- 图解
- 查找结点代码
- 插入节点
- 思路
- 图解
- 删除结点
- 思路
- 图解
- 删除结点代码
- 计算链表长度
- 代码
- 列出链表所有内容
- 代码
- 单链表程序总览与代码演示
- 单链表程序总览
- 代码演示
数组的局限性
我们在编程时，往往都会用到数组，数组是顺序存储结构，其在内存中，都是以相邻地址来做存储的，
例如，定义一个整型的数组，int a[10] ;在内存中，这样表现：
每个成员占用4个字节，然而，在我们使用数组时，很多情况是这样的：
从图中可以看出，数组在使用时会产生离散空间，这会造成内存的浪费，并且，数组是需要先分配，在使用的，很多时候我们是不知道我们接收到的数据的，即使使用动态分配，其原理还是离不开先分配后使用，内存需求是不确定的，所以我们引入了链表；
单链表的原理
我们将链表中的每一个成员设置为一个结构体，该结构体包含了数据段（Data）
与指针段（nextNode），数据段用来存储我们想存储的数据，数据是多样的，数据的信息更是多样，例如我们要保存有个学生的学号，姓名和年龄，所以这个数据段，我们任然可以用一个结构体来表示；而指针段则存储了指向下一个结点位置的指针，因为指向链表中的结点，所以指针的类型与该结点的结构体一样；定义结点：
typedef struct
{
char key[10]; //该节点的关键字
char name[20]; //数据内容，假设为学生姓名
int age; //学生年龄
}Data;
typedef struct Node
{
Data nodeData; //数据段；
struct Node *nextNode; //指向下一个结点的指针
}CLType;
定义一个链表很简单，只需定义一个CLType 类型的头指针即可，该指针指向链表的第一个结点（头结点），若为空表，则头指针为空；一个完整的链表如图：
头指针指向头结点，头结点的nextNode指正指向其下一个结点，以此往下，就把各个结点“ 串 ” 了起来，并且，这些结点的位置在物理内存中可以不相邻，只要指针以此指向他们的下一个结点即可；我们又称结点的的上一个结点是该节点的前去，该节点指向的结点为其后继，最后一个结点的指针指向空，这是尾结点；
创建链表
尾插法
既然知道了链表的结构，那么怎么将我们想要的数据插入到链表中呢？
首先来讲尾插法：顾名思义，尾插法就是从链表的尾部进行插入，每来一个新的 结点，就将其安排在链表的尾部；
思路
既然要插入到尾部，则必须让链表当前的尾结点的nextNode指针指向新来的结点，并将新结点的nextNode指针指向空；
1.定义两个 CLType 类型的指针，一个是新节点，一个用来遍历链表（我们并不知道尾结点的指针，只知道头指针，所以我们需要从头结点出发，根据链表的指针顺藤摸瓜一直找到指向NULL的指针为止，第二个指针就用来保存我们遍历的链表结点的指针）；
2.为新节点指针申请存储空间；
3.将数据存入新节点；
4.遍历链表，找到指向NULL的指针，即尾结点；
5.插入新节点
图解
尾插法代码
CLType *CLAddEnd(CLType *head,Data nodeData) //返回值是CLtype类型的，参数会用到头指针，传入的一个结构体
{
CLType *node,*htemp;
if((node = (CLType *)malloc(sizeof(CLType))) == NULL) //分配存储空间
{
perror("malloc failure"); //分配失败
return NULL;
}
else
{
node->nodeData = nodeData; //将参数的值赋给新结点；
node->nextNode = NULL;
if(head == NULL) //空表，则成为头结点
{
head = node;
return head;
}
htemp = head; //将头指针的值赋给临时变量htemp；
while(htemp->nextNode != NULL)
{
htemp = htemp->nextNode; //移动临时变量
}
htemp->nextNode = node;
return head;
}
}
头插法
思路
1.定义一个新结点；
2.malloc() 分配内存；
3.赋值；
4.将头指针所指的结点赋予新结点的 nextNode，将头指针指向新结点；
图解
头插法代码
CLType *CLAddFirst(CLType *head,Data nodeData) //头插法
{
CLType *node;
if((node = (CLType *)malloc(sizeof(CLType))) == NULL)
{
printf("malooc failure");
return NULL;
}
else
{
node->nodeData = nodeData; //保存数据
node->nextNode = head; //指向头结点所指的指针
head = node; //头结点指向新增结点
return head;
}
}
注意：头插法操作比较简单，但是，在将新结点插入到头指针之后的操作顺序是不能颠倒的，必须先将头指针所保存的地址赋给新结点的nextNode指针，再将头指针指向新结点node，后面结点的插入也是此，只是将头指针换成了某个结点的nextNode指针；
链表基本操作
查找节点
思路
通常我们需要在已创建的链表中查找某个节点，在这，我们可以用到结点数据段中的某得成员进行查找，例如使用关键字进行查找，我们可以输入想要查找的关键字，然后从头结点依次往下查找，查找到后返回该节点的指针；
图解
定义一个临时指针。用来遍历这个链表。若查找不到就下移，超找到了就返回这个指针当前所指，若到表尾任然未找到则返回空；
查找结点代码
CLType *CLFindNode(CLType *head,char *key) //按关键字查找结点
{
CLType *htemp;
htemp = head; //保存头结点的指针
while(htemp)
{
if(strcmp(htemp->nodeData.key,key) == 0) //查找关键字
{
return htemp;
}
htemp = htemp->nextNode; //处理下一个结点
}
return NULL;
}
插入节点
思路
回想头插法，在插入一个结点时，先将要插入位置前的那一个结点的指针所指向的地址赋给新结点的nextNode指针，再将要插入位置前的哪一个结点的指针指向新结点，具体如何找到在哪开插入，我们可以使用关键字进行循环查找；这就会用到我们的前一个功能查找，定义一个临时的变量 nodetemp，这个变量用来保存插入位置的前一个结点，即在该节点后插入；
图解
顺序：
nodetemp->nextNode = node->nextNode;
nodetemp->nextNode = node;
插入成功：
删除结点
思路
删除结点很简单，只需将要删除结点的上一个结点指向要删除结点的下一个结点，再将删除结点的内存释放即可，所以我们要用到两个指针，分别代表要删除的结点和该结点的上一个结点；
图解
node->nextNode = htemp->nextNode;
free(nodetemp);
删除结点代码
int CLDeleteNode(CLType *head,char *key)
{
CLType *node,*htemp; //node用来保存要删除结点的前一个结点
htemp = head;
while(htemp)
{
if(strcmp(htemp->nodeData.key,key) == 0)
{
node->nextNode = htemp->nextNode;
free(htemp);
return 1;
}
else
{
node = htemp;
htemp = htemp->nextNode; //node指向htemp所指，htemp后移；
}
}
return 0; //未删除
}计算链表长度
只需遍历链表，找到nextNode为空的结点，每后移一个结点，length+1；
代码
int CLLength(CLType *head)
{
CLType *htemp;
int Len = 0;
htemp = head;
while(htemp)
{
Len++;
htemp = htemp->nextNode;
}
return Len;
}列出链表所有内容
定义一个结点类型（CLType）的结构体Data，和一个指针node，指针用来遍历链表，而Data用来保存该指针当前所指的结点信息，打印完该信息后，指针后移，再用后移后的指针给结构体赋值，循环一直到表尾；
代码
void CLAllNode(CLType *head)
{
CLType *htemp;
Data nodeData;
htemp = head;
printf("链表当前共有%d个结点。链表如下：\n",CLLength(head));
while(htemp)
{
nodeData = htemp->nodeData;
printf("结点(%s,%s,%d)\n",nodeData.key,nodeData.name,nodeData.age);
htemp = htemp->nextNode;
}
}单链表程序总览与代码演示
我将所有的操作函数全部写到一个c文件里，写一个主函数，通过通过标准输入获取到信息，再使用尾插法将信息存入链表，然后依次演示代码功能；
单链表程序总览
#include 代码演示
编译运行程序
按照要求，输入信息；
输入0按下enter表示输入完成；
输入完成后，程序会打印链表，并提示开始演示插入操作，要求我们输入插入的关键字，我们想在余小c后面插入数据，那就输入他的关键字2003，之后程序提示我们要插入的数据信息，按照格式书写即可，按下回车：
程序打印了插入蛇哥后的链表，现在演示删除结点，输入要删除的关键字，若果我们想删除霸哥，则输入霸哥的关键字2004，按下enter：
霸哥被成功删除，现在提示输入查找，输入2006，按下回车：
程序打印了这一个结点的信息后退出；
这就是链表的一些基本操作了。