数据结构（二）——单向有头链表的原理以及简单应用

  本章主要叙述数据结构中单向有头链表的原理，在将原理说明白之后，后边会给出增删改查的实例代码和代码讲解。

一、单向有头链表的原理

 链式存储的数据结构的精髓就是结构体嵌套。链表的一个节点通常由一个数据和一个地址组成，而前边节点的地址往往指向后边的数据节点。
它的形状就是这样，如图所示：

  有头链表和无头链表的区别就是，有头链表并不是直接从第一个节点开始的。我们取得的地址往往是指向链表的头结点，之后做的所有操作都是通过这个头结点进行的。下面给出有头链表和无头链表的区别：

  他们的区别就是，有头结点的首地址不会改变。无头单链表插入的时候首地址需要改变。
常见面试问题：请在带头节点的单链表中实现某功能，请在无头结点的单链表中实现某功能。
  我们在C语言中定义一个有头单链表是这样的：

typedef struct node_st
{	
	datatype data;
	struct node_st *next;
}list;

下面来看一下，如何在C语言代码中利用无头单链表实现增删改查。

二、基本功能

1、创建和摧毁链表

（1）创建链表其实只需要创建一个头结点即可，只有一个节点的链表也叫链表；

list *list_create()
{
	list *me;
	me = malloc(sizeof(*me));
	if (NULL == me)
		return NULL;
	me->next = NULL;
	return me;
}

（2）但是摧毁单链表的时候，我们需要把链表的每一个节点都摧毁，不然的话会造成内存泄漏。

void list_destroy(list *me)
{
	list *node, *next;
	for (node = me->next; node != NULL; node=next)	
	{
		next = node->next
		free(node);
	}
	free(me);
	return ;
}

2、按位置插入元素

  一般情况下，我们不会按位置向链表中插入元素，这样的情况仅可以被当做练手。
  这里我自己定义的API为：int list_insert_at(list *me, int i, datatype *data)
i是我想要插入元素的位置，data是想要插入元素的地址，me就是传入链表的头结点地址。
整个函数这样实现：

int list_insert_at(list *me, int i, datatype *data)
{
	int j = 0;
	list *node = me, *newnode;

	if(i <0)
		return -1;	 	//return -EINVAL;
	while (j < i && node != NULL)
	{
		node = node->next;
		j++;			
	}
	if (node != NULL)
	{
		newnode = malloc(sizeof(*newnode));
		if (NULL == newnode)
			return -2;
		newnode->data = *data;
		newnode->next = node->next;		// 先把node原有指向给newnode
		node->next  = newnode;			// 再把node的指向变成newnode
		return 0;		
	}
	else
		return -3;
}

 需要新建两个链表，一个链表（node）用来记录插入元素位置的前驱，另一个链表（newnode）就是我们想要插入的新节点。node的地址应当从原来的指向变为指向newnode，而在此之前应当把node原来的指向给newnode->next。

3、按元素大小插入元素

 按元素大小插入元素的原理就是比大小；

int list_order_insert(list *me, datatype *data)	// 比较常见
{
	list *p = me, *q;
	while (p->next && p->next->data < *data)
		p = p->next;
	q = malloc(sizeof(*q))
	if (q == NULL)
		return -1;
	q->data = *data;
	q->next = p->next;
	p->next = q;
	return 0;		
}

  这里一定要注意一点，while语句中的判断顺序不能改变，只能先判断p->next不为空，后判断数据。不然容易报错。

4、删除元素

 删除元素与插入元素的思路一样，首先要找到想要删除元素的位置的前一位，因为我们需要找到这个位置的前一个的地址。并把这个地址指向下下一位。代码是这样的：

int list_delete(list *me, datatype *data)
{
	list *p = me, *q;
	while (p->next && p->next->data != data)
		p = p->next;
	if (p->next == NULL)	
		return -1;
	else 
	{
		q = p->next;
		p->next = q->next;
		free(q);			
		q = NULL;		
	}
}		

  找到后边的位置之后，直接把这个节点释放掉，在把这个节点删除掉之后，切记一定要把这个节点的前驱和后继一一对应。

5、一些小功能（判断是否为空，可视化）

（1）判断链表是否为空思路：如果一个带头单链表为空，那么这个链表的头结点指向的位置应当为空。

int list_isempty(list *me)
{
	if (me->next == NULL)			
		return 0;
	return 1;
}

（2）链表可视化 思路：可视化应当从头结点的下一个节点开始，直到空节点为止。那么我们可以这样进行处理：

void list_display(list *me)
{
	list *node = me->next;
	if (list_isempty(me) == 0)
		return ;
	while (node != NULL)
	{
		printf(“%d ”, node->data);
		node = node->next;
	}
	printf(“\n”);
	return ;
}

三、主函数和.h文件

 所有的函数都已经写完了，那么主函数的调用就很简单了。

#include "head.h"
#include 
#include 
int main()
{
	list *l;
	datatype arr[] = {12, 23, 34, 45};
	l = list_create();
	if (NULL == l)
		exit(1);
	for (i  =0; I < sizeof(arr)/sizeof(*arr); i++)
		if(list_insert_at(l, 0, &arr[i]))			// 按顺序插入元素
			exit(1);
	list_display(l);								// 链表可视化
		
	list_destroy(l);								// 摧毁链表
	exit(0);
}

  .h文件中一般包含函数的声明和链表的定义，那么我们可以在其中这样写（.h文件中函数声明的形参可以包含变量名，也可以不包含）：

#ifdef LIST_H__
#define LIST_H__

typedef int datatype;
typedef Struct node_st
{
	datatype data;
	struct node_st *next;
}list;
list *List_create();		// 创造链表
Int List_insert_at(list *,  int I, datatype *);   // 按位置插入，不太具有实际生产作用,仅做练习使用
int List_order_insert(list *, datatype *);    // 按顺序插入，不需要指定位置
int List_delete_at(list *, int I, datatype *);	// 根据位置删除，并带回删除的值
int List_delete(list *, datatype *);	 // 根据当前某个值进行删除
int List_isempty(list *);		// 是否为空
void list_destroy(list *);
#endif