[数据结构与算法] 线性表之单链表基本操作

序号	基本操作	描述
1	initial()	构造/初始化链表
2	insert()	插入元素
3	delete()	删除元素
4	find()	按值查找，如存在返回地址，不存在返回null
5	size()	获取链表大小，即链表中元素的个数
6	getValue()	取值，链表不支持下标访问（当然可以实现，但也是通过指针实现的），所以用指针取出指向的节点的值
7	empty()	判空
8	reverse()	反转
9	destory()	销毁链表

2.3.1 初始化

线性表之单链表初始化详解

2.3.2 插入元素

这里的插入操作和初始化链表时的插入操作一样，都是通过改变节点指针的指向实现的。

其中，为了防止指针断开后，后面的链表丢失，不要先执行3，要按照123的顺序，把新节点插入后再断开原有节点的指针。

例程如下：

bool insert_pos(node* p_head, int pos, int data)
{
    // 建议记录链表长度并判断，否则需要调用时保证插入位置有效，避免访问越界
    if (p_head == NULL || pos > p_head->data)
    {
        printf("插入位置无效.\n");
        return false;
    }

    node* p_tmp = p_head;
    
    // 首先找到要插入位置的上一个结点
    for (int i = 0; i < pos; i++)
    {
        p_tmp = p_tmp->next;
    }
    // 创建插入结点c
    node* p_new = (node*)malloc(sizeof(node));
    p_new->data = data;
    // 向链表中插入结点
    p_new->next = p_tmp->next;
    p_tmp->next = p_new;
    p_head->data++;
    
    return true;
}

2.3.3 删除元素

删除元素即将要删除的节点跳过，再释放该节点的内存。

由于单链表只能单向访问，所以遍历时不只是要找到要删除的节点，还要找到它的直接前驱节点，使其直接前驱节点的指针域存储其直接后继节点的地址。

遍历时，使用双指针的办法，一个指向要删除的节点，一个指向其直接前驱节点，如下图：

然后，令其直接前驱节点指向其直接后继节点（跳过要删除的节点），p_pre->next = p_pre->next->next; 如下图：

最后，释放要删除的节点的内存，free(p_del); ，如下图：

例程如下：

按索引删除：

bool delete_index(node* p_head, int index)
{
    if (p_head == NULL || index > p_head->data)
    {
        printf("没有该结点\n");
        return false;
    }

    // 遍历到被删除结点的直接前驱结点
    node* p_pre = p_head;
    for (int i = 0; i < index; i++)
    {
        p_pre = p_pre->next;
    }

    node* p_del = p_pre->next; // 单独设置一个指针指向被删除结点，以防丢失
    p_pre->next = p_del->next; // 删除某个结点的方法就是更改前一个结点的指针域
    p_head->data--;
    free(p_del);               // 手动释放该结点，防止内存泄漏

    return true;
}

按值删除，删除链表中所有数据域值为del的节点：

bool delete_value(node* p_head, int del)
{
    if (p_head == NULL || p_head->next == NULL)
    {
        printf("链表为空\n");
        return false;
    }

    node* p_pre = p_head;
    node* p_del = p_pre->next;

    int i = 0;
    while (p_del != NULL)
    {
        while (p_del->data != del)
        {
            p_pre = p_pre->next;
            if (p_pre->next != NULL)
            {
                p_del = p_pre->next;
            }
            else if (i == 0)
            {
                printf("链表中不存在该值\n");
                return false;
            }
            else
            {
                return true;
            }
        }
        i++;
        p_pre->next = p_del->next;
        free(p_del);
        p_del = p_pre->next;
        p_head->data--;
    }

    return true;
}

2.3.4 查找元素

查找元素有很多优秀的算法，这里只介绍顺序查找。

顺序查找即依次遍历每个节点，检查该节点是否为要查找的节点，直到找到要找的节点或遍历结束。

例程如下：

返回第一个找到的节点：

bool find_first(node* p_head, int value, int* index)
{
    if (p_head == NULL || p_head->next == NULL)
    {
        printf("链表为空\n");
        *index = -1;
        return false;
    }

    node* p_tmp = p_head;
    int i = 0;
    while (p_tmp->next)
    {
        p_tmp = p_tmp->next;
        if (p_tmp->data == value)
        {
            *index = i;
            return true;
        }
        i++;
    }
    *index = -1;
    return false;
}

返回最后一个找到的节点：

bool find_last(node* p_head, int value, int* index)
{
    *index = -1;
    
    if (p_head == NULL || p_head->next == NULL)
    {
        printf("链表为空\n");
        return false;
    }

    node* p_tmp = p_head;
    int i = 0;
    while (p_tmp->next)
    {
        p_tmp = p_tmp->next;
        if (p_tmp->data == value)
        {
            *index = i;
        }
        i++;
    }

    if (*index == -1)
    {
        return false;
    }
    else
    {
        return true;
    }
}

返回所有找到的节点：

typedef struct Array
{
    int size;
    int* array;
} array;

bool find_all(node* p_head, int value, array* p_result)
{
    if (p_head == NULL || p_head->next == NULL)
    {
        printf("链表为空\n");
        p_result->size = 0;
        return false;
    }

    node* p_tmp = p_head;
    int* p_array = (int*)malloc(sizeof(int) * p_tmp->data);

    int i = 0;
    int size = 0;
    int index = -1;
    while (p_tmp->next)
    {
        p_tmp = p_tmp->next;
        if (p_tmp->data == value)
        {
            p_array[size] = i;
            size++;
        }
        i++;
    }

    p_result->size = size;

    if (size == 0)
    {
        return false;
    }

    p_result->array = (int*)malloc(sizeof(int) * size);
    for (int i = 0; i < size; i++)
    {
        p_result->array[i] = p_array[i];
    }

    free(p_array);

    return true;
}

2.3.5 获取链表大小

可以使用头节点记录链表的大小，然后通过头指针访问头节点的数据域，或封装成函数。

bool size(node* p_head, int* size)
{
    if (p_head == NULL)
    {
        return false;
    }

    *size = p_head->data;

    return true;
}

2.3.6 访问节点/取值

链表不能像数组一样随机访问，无论是通过值访问还是按照索引访问，都需要依次遍历节点，直到找到目标节点。

bool get_value(node* p_head, int index, int* value)
{
    if (p_head == NULL || p_head->next == NULL)
    {
        printf("链表为空\n");
        return false;
    }

    node* p_tmp = p_head;
    for (int i = 0; i < p_head->data; i++)
    {
        p_tmp = p_tmp->next;
        if (i == index)
        {
            *value = p_tmp->data;
            return true;
        }
    }

    return false;
}

2.3.7 链表判空

bool empty(node* p_head)
{
    if (p_head == NULL || p_head->next == NULL)
    {
        return true;
    }

    return false;
}

2.3.8 反转链表

反转单链表四种方法整理

2.3.9 清空链表/销毁链表

清空链表：释放链表除头节点以外的所有节点内存（即删除这些节点）。

销毁链表：释放链表的所有节点内存（包括头节点），并将头指针置空；

清空链表：

node* amendElem(node* p_head, int add, int newElem)
{
    node* p_tmp = p_head;
    p_tmp = p_tmp->next; // tamp指向首元结点
    // temp指向被删除结点
    for (int i = 1; i < add; i++)
    {
        p_tmp = p_tmp->next;
    }
    p_tmp->data = newElem;
    return p_head;
}

销毁链表：

void destory(node** p_head_addr)
{
    node* p_head = *p_head_addr;
    if (p_head == NULL)
    {
        return;
    }

    node* p_tmp = p_head;
    while (p_head != NULL)
    {
        p_head = p_head->next;
        free(p_tmp);
        p_tmp = p_head;
    }
    *p_head_addr = NULL;
}

练习代码

单链表基本操作接口-c语言实现