【C语言】链表太难学不懂？看这一篇就够了

前言

之前的博客中我们讲述了顺序表的数据结构，顺序表和之前C语言学习的数组还是比较相似的。

今天要学习的是链表，这是一个全新的数据结构，和之前我们学的内容都不相同。

• 编译器：VS2019

1.什么是链表

链表，如其名所示，是一个带链子的表

和顺序表的扩容开辟相比，它可以利用内存堆区中的空闲空间，而不需要一个连续的长空间。从而达到提高空间利用效率的目的。

• 链表中每一个单独开辟的“元素”称为一个节点
• 链表有一个头指针phead，用于指向链表的首节点
• 单链表中，每一个节点都有一个next指针，指向下一个节点
• 链表的尾节点的next指向NULL空指针

这样我们在使用的时候，就可以用过next指针访问链表的下一个节点，一直到最后一个节点的next为空停止。

需要注意的是，链表的每个节点之间并没有实际意义上的箭头，画出箭头只是方便我们理解。实际上，在内存中，链表的next指针就充当了箭头的角色。

链表的结构在逻辑上连续，但在物理上不一定连续

实际上在堆区开辟空间中，分配的内存可能连续，可能不连续

1.1链表的分类

1 单向/双向链表

2 带头/不带头

这里的头，指的是一个头节点。该节点的next指向链表实际的表头，val中不存放有效数据

实际使用时，带头的head->next相当于不带头的phead指针

3 循环或者非循环

本篇博客讲解的是无头单向非循环链表，双向链表将在之后的博客里面讲解！

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2.开始敲代码！

实际编写代码的时候，一定要记住：写完一个模块就要测试一次，不要全写完再测试！！！

2.1 链表结构

和顺序表一样，使用单链表之前，我们需要创建一个“模板”，即单链表每个节点的结构体

typedef int SLTDataType;//定义新符号，与该符号相关的都是链表内容

typedef struct SListNode
{
	SLTDataType data; //val-存放内容
	struct SListNode* next; //存储下一个节点的地址
}SListNode, SLN;

2.2 开辟节点

当我们使用单链表时，需要先开辟一个头节点，并使它的next指针指向NULL

SListNode* node1 = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode));
node1->data = 1;
node1->next = NULL;

这部分我们可以封装一个函数来实现！

SListNode* BuySListNode(SLTDataType x)//x代表该节点val的值
{
	SListNode* newnode = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		printf("malloc fail\n");
		exit(-1);
	}
	else
	{
		newnode->data = x;
		newnode->next = NULL;
	}

	return newnode;
}

需要注意的是，使用这个函数的时候，我们应该先让另外一个指针来接收返回的newnode地址，不建议直接让上一个节点的next来接收返回值

这样做能方便我们后续debug！

//建议做法
SListNode* newnode = BuySListNode(x);
tail->next = newnode;

//不建议
tail->next=BuySListNode(x);

2.3 尾插/头插

尾插：将一个新节点连接到已有链表的尾部

假设我们现在已经有了一个这样的链表，当我们需要尾插的时候，要怎么做呢？

实际上，我们只需要开辟一个新的节点，并将上一个节点的next指向这个新开辟节点的地址即可！（尾插的新节点的next=NULL）

void SListPushBack(SListNode** pphead, SLTDataType x)
{
	assert(pphead);

	SListNode* newnode = BuySListNode(x);
	if (*pphead == NULL)
	{
        //如果原链表为空，直接让头指针=新开辟的节点地址
		*pphead = newnode;
	}
	else//原链表非空
	{ 
		SListNode* tail = *pphead;
		while (tail->next != NULL)
		{   //需要先找尾
			tail = tail->next;
		}
		tail->next = newnode;
	}
}

而头插就没有尾插那么麻烦了！

我们只需要将新节点的next指向原链表的头部，再将head头指针更改为新节点的地址即可

void SListPushFront(SListNode** pphead, SLTDataType x)
{
	assert(pphead);

	SListNode* newnode = BuySListNode(x);
	newnode->next = *pphead;
	*pphead = newnode;
}

细心的你应该注意到了，这里我们使用的都是二级指针pphead

因为假设我们使用一级指针，直接传入头指针phead时，当我们需要更改该指针指向的地址时，改动只会在函数内部生效，main函数中的phead指针并没有被改变

这是一个经典的函数传址和传值问题

• 当我们需要更改phead本身时，需要传入二级指针

2.4 尾删/头删

尾删时，需要先进行找尾。并且需要保存尾部的前一个节点的地址

while(tail->next!=NULL)//会找到尾节点本身，不符合要求
    
//尾删应该找到尾节点的前一个
while (tail->next->next != NULL)

同时，我们需要想到特殊情况

• 链表为空，无需尾删
• 链表只有一个，无需找尾

具体的代码实现如下

void SListPopBack(SListNode** pphead)
{
	assert(pphead);
	
	if (*pphead==NULL)
	{
		return;
	}
	else if((*pphead)->next==NULL)
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
	else
	{
		//有多个尾巴的情况
		SListNode* tail = *pphead;//找尾巴
		while (tail->next->next != NULL)
		{
			tail = tail->next;
		}
		free(tail->next);
		tail->next = NULL;
	}
	
	return;
}

头删的情况依旧简单一些

我们需要用一个变量保存头节点，再让头指针phead指向原本头节点的next，最后free掉头节点即可

void SListPopFront(SListNode** pphead)
{
	assert(pphead);
	
	if (*pphead == NULL)
	{
		return;
	}
	else
	{
		SListNode* oldhead = *pphead;
		*pphead = (*pphead)->next;
		free(oldhead);
		oldhead = NULL;
	}

	return;
}

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2.5 查找/更改

查找函数需要我们在单链表中进行遍历，找到用户输入的x值，并返回它所在节点的地址

查找函数并不需要更改phead指针，所以这里我们只需要传入一级指针

SListNode* SListFind(SListNode* phead, SLTDataType x)
{
	assert(phead);

	SListNode* curt = phead;//找x的位置
	while (curt->next != NULL)
	{
		if (curt->data == x)
		{
			return curt;
		}
		else
		{
			curt = curt->next;
		}

	}
	//找不到，返回空
	return NULL;
}

你可能会有一个疑惑，假设我的链表里面有多个x呢？这个函数只能返回找到的第一个x的地址

很遗憾，我们并没有什么好的办法来解决这个问题。除非用户知道他想找的x的准确地址，不然是很难搞定的。

实际应用中，链表的一个节点存放的并不只有一个整型x。我们可以通过其他参数进行多重判断。

比如通讯录中，我们可以用名字+性别来精确查找。也可将所有找到的x都返回给用户进行选择，但那就不是本篇博客会涉及到的内容啦

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更改函数中，我们需要用户输入待更改节点的地址，和新的val

如果用户不知道需要更改节点的地址，可以用查找函数来查找。

void SListmodify(SListNode* phead, SListNode* pos, SLTDataType x)
{
	assert(phead);

	pos->data = x;

	return;
}

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2.6 在pos位置前/后插入

除了基本的头尾增加，用户可能还需要在某一个特定节点前后进行插入，方便管理数据。这时候我们就需要灵活转变了

• 链表不存在顺序表中的数据越界
• pos位置可由find函数找到

假设用户需要在pos位置之后插入，我们需要暂时断开链表，新插入一个节点后，重新链接

void SListInsertAfter(SListNode** pphead, SListNode* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pphead);
	assert(pos);

	SListNode* newnode = BuySListNode(x);
	SListNode* next = pos->next;//原本pos的下一位
	pos->next = newnode;//新插入的pos下一位
	newnode->next = next;

	return;
}

如果是在pos之前插入，需要遍历查找pos的前一位，使用相同方法断开、插入、重连

void SListInsert(SListNode** pphead, SListNode* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pphead);
	assert(pos);
	
	if (pos == *pphead)
	{
		SListPushFront(pphead, x);
	}
	else
	{
		SListNode* tail = *pphead;//找pos前一个
		while (tail->next != NULL)
		{//只写了这个情况，没有考虑pos是第一个的情况
			if (tail->next == pos)
			{
                 SListNode* newnode = BuySListNode(x);
				tail->next = newnode;
				tail->next->next = pos;
				return;
			}
			else
			{
				tail = tail->next;
			}
		}

	}
	
	return;
}

这里我们都传入了二级指针，因为当pos就是链表的头节点时，在pos前插入就相当于头插，可以直接调用之前写好的头插函数。

当pos就是链表的头节点时，在其后插入相当于尾插。

该函数不存在链表为空的情况，因为函数需要传入pos。空链表中没有节点，pos为空，assert断言会报错。

这里我编写的功能很简单，所以需要用户严格遵守使用规定，传入一个合法的pos

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2.7 在pos位置删除数据

说完了插入，再来说说删除

这里提供两个函数，一个是在删除pos位置的节点，另一个是删除pos下一位的节点

这一部分其实就是对上一步的逆向，具体的就不详细说啦（偷懒）

大家如果有不懂的，可以在评论区提问~~看到了就会回复的！

void SListErase(SListNode** pphead, SListNode** pos)
{
	assert(pphead);
	assert(pos);

	if (*pos == *pphead)
	{//如果pos是头节点，等同于头删
		SListPopFront(pphead);
	}
	else
	{
		SListNode* tail = *pphead;//找pos前一个
		while (tail->next != NULL)
		{
			if (tail->next == *pos)
			{
				tail->next = (*pos)->next;
				free(*pos);//删除后main函数传过来的pos位置已被free
				*pos = NULL;//*pos置空，此时main函数中的pos也被置空
				pos = NULL;
				return;
			}
			else
			{
				tail = tail->next;
			}
		}
	}

	return;
}

void SListEraseAfter(SListNode** pphead, SListNode* pos)
{
	assert(pphead);
	assert(pos);

	SListNode* next = pos->next->next;
	free(pos->next);
	pos->next = next;

	return;
}

2.8 打印链表

打印的时候可以打印出->箭头，方便我们查看链表的结构

void SListPrint(SListNode* phead)
{
	SListNode* cur = phead;
	while (cur != NULL)
	{
		printf("%d->", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("NULL\n");
}

2.9 销毁链表

对于顺序表来说，销毁链表只需要free掉顺序表中指向堆区空间的指针

但对于链表来说，我们需要一步一步进行释放操作，并在释放完毕后将头指针置空

如果该链表有头节点，则还需将头节点一并置空

void SListDestroy(SListNode** pphead)
{
	assert(pphead);

	SListNode* curt = *pphead;
	while (curt)
	{
		SListNode* next = curt->next;
		free(curt);
		curt = next;
	}

	*pphead = NULL;

	return ;
}

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3.测试

这一次，我依旧使用了多文件编程的方法来敲单链表的代码

这样的好处在于，别人只需要看你的.h头文件，就能清楚的知道你这个项目大概实现了什么样的功能，就好比一篇文章的大纲一样。对于后续的项目实战来说，是非常重要的编程能力积累

测试一下我们的代码，可以看到，所有函数的功能都能正常实现！

结语

学习完单链表后，我开始接触了一些链表的oj题目，不得不说，链表这部分的题目，难度还是比之前C语言的时候练习的题目更大的！有很多题目都需要我们融会贯通之前的知识。

最重要的是通读代码和调试的能力，这样才能更好地编写出算法

如果这篇博客对你有帮助，还请点个，万分感谢！

有什么问题的话，大家可以在评论区提出哦