数据结构——单链表（C语言实现）

单链表

1.单链表的概念

• 单链表是一种链式存取的数据结构，链表中的数据是以结点来表示的，每个结点的构成：元素(数据元素的映象) + 指针(指示后继元素存储位置)，元素就是存储数据的存储单元，指针就是连接每个结点的地址数据。以“结点的序列”表示的线性表称作线性链表（单链表），单链表是链式存取的结构。

2.单链表的结构体设计

• 结构体中有个数据类型，一个保存有效值，另一个保存下一个有效节点的地址

typedef int ELEM_TYPE;
//带头结点的单链表
//有效节点的结构体设计
typedef struct Node
{
	ELEM_TYPE data; //数据域  //保存节点有效值
	struct Node *next; //指针域 //保存下一个有效节点的地址
}Node, *PNode;
//typedef struct Node Node;
//typedef struct Node* PNode;

3.单链表的基本操作

单链表的基本操作有 初始化，头插，尾插，按位置插，头删，尾删，按位置删，查找，按值删，获取有效值个数，判空，清空，销毁，打印
函数

//初始化
void Init_list(PNode plist);

//头插
bool Insert_Head(struct Node *plist, ELEM_TYPE val);

//尾插
bool Insert_Tail(struct Node *plist, ELEM_TYPE val);

//按位置插
bool Insert_pos(struct Node *plist, int pos, ELEM_TYPE val);

//头删
bool Del_head(struct Node* plist);

//尾删
bool Del_tail(struct Node *plist);

//按位置删
bool Del_pos(struct Node *plist, int pos);

//按值删
bool Del_val(struct Node *plist, ELEM_TYPE val);

//查找节点
struct Node* Search(struct Node *plist, ELEM_TYPE val);

//获取有效值个数
int Get_Length(struct Node *plist);

//判空
bool IsEmpty(struct Node *plist);

//清空
void Clear(struct Node *plist);
//20:10
//销毁
void Destroy(struct Node *plist);

//打印
void Show(struct Node *plist);

3.1 初始化

• 初始化，将头节点的指针域置为空，数据域不使用

void Init_list(PNode plist)
{
	//assert plist

	plist->next = NULL;
	//plist->data;  头结点的数据域不使用
}

3.2 头插

• 申请一个新结点，将数据放入到新结点之中，然后将新结点插入到头节点之后即可。
  

//头插
bool Insert_Head(struct Node *plist, ELEM_TYPE val)
{
	//1.assert plist
	assert(plist != NULL);

	//2.购买新节点（购买好节点之后，记得将val值赋值进去）
	struct Node *pnewnode = (struct Node *)malloc(1 * sizeof(struct Node));
	assert(pnewnode != NULL);
	pnewnode->data = val;

	//3.找到合适的插入位置
	//因为是头插函数  所以不需要特意的去合适的位置 直接向plist后面插即可

	//4.插入
	pnewnode->next = plist->next;
	plist->next = pnewnode;

	return true;
}

3.3 尾插

• 将新结点插入到当前单链表的表尾
  

//尾插
bool Insert_Tail(struct Node *plist, ELEM_TYPE val)
{
	//1.assert plist
	assert(plist != NULL);
	//2.购买新节点（购买好节点之后，记得将val值赋值进去）
	struct Node *pnewnode = (struct Node *)malloc(1 * sizeof(struct Node));
	assert(pnewnode != NULL);
	pnewnode->data = val;

	//3.找到合适的插入位置
	struct Node *p = plist;
	for(p; p->next!=NULL; p=p->next);
	//此时 p就指向尾结点

	//4.插入
	pnewnode->next = p->next;
	p->next = pnewnode;

	return true;
}

3.4 按位置插

• 首先要判断 pos是否合法，要插入的位置必须大于零小于等于链表总长度

//按位置插
bool Insert_pos(struct Node *plist, int pos, ELEM_TYPE val)
{
	//assert 
	assert(plist != NULL);
	assert(pos>=0 && pos<=Get_Length(plist));

	//1.购买新节点（购买好节点之后，记得将val值赋值进去）
	struct Node *pnewnode = (struct Node *)malloc(sizeof(struct Node));
	assert(pnewnode != NULL);
	pnewnode->data = val;

	//2.找到合适的插入位置（让指针p指向合适的节点）
	struct Node *p = plist;
	for(int i=0; i<pos; i++)
	{
		p=p->next;
	}

	//3.插入
	pnewnode->next = p->next;
	p->next = pnewnode;

	return true;
}

3.5 头删

• 和头插类似，只不过一个是插入一个是删除，删除需要判空空链表不能删除

//头删
bool Del_head(struct Node* plist)
{
	//1.对plist 断言
	assert(plist != NULL);
	//2.删除需要判空
	if(IsEmpty(plist))
	{
		return false;
	}

	//3.先申请一个临时指针p，指向第一个有效节点的地址
	struct Node *p = plist->next;

	//4.头结点的next域跨越指向（不再指向第一个有效节点，而是指向第二个）
	plist->next = p->next;
	//plist->next = plist->next->next;
	free(p);

	return true;
}

3.6 尾删

• 删除链表中最后一个结点

//尾删
bool Del_tail(struct Node *plist)
{
	//1.对plist 断言
	assert(plist != NULL);
	//2.删除需要判空(判空链表)
	if(IsEmpty(plist))
	{
		return false;
	}

	//3.让临时指针p指向待删除节点（尾结点）
	struct Node *p = plist;
	for(; p->next!=NULL; p=p->next);

	//4.再让临时指针q指向倒数的第二个节点
	struct Node *q = plist;
	for(; q->next!=p; q=q->next);

	//5.跨越指向，并释放待删除节点
	q->next = p->next;
	//q->next = NULL;
	free(p);

	return true;
}

3.7 按位置删

• 根据位置删除结点，需要判断结点的合法性，这次的pos需要小于链表长度
  

//按位置删
bool Del_pos(struct Node *plist, int pos)
{
	//1.对plist 断言   pos做合法性判断
	assert(plist != NULL);
	assert(pos >=0 && pos < Get_Length(plist));

	//2.删除需要判空(判空链表)
	if(IsEmpty(plist))
	{
		return false;
	}

	//3.pos="几"，则让指针q从头结点开始向后跑"几"步（此时，q指向待删除节点的上一个节点）
	struct Node *q = plist;
	for(int i=0; i<pos; i++)//此时，for循环结束，指针q指向待删除节点的上一个节点
	{
		q=q->next;
	}

	//4.直接让q的next域给到指针p(此时，指针p指向待删除节点)
	struct Node *p = q->next;//此时，指针p指向待删除节点
	
	//5.跨越指向，释放待删除节点
	q->next = p->next;
	free(p);

	return true;
}

3.8 按值删

• 按值删需要先找到数据域是该值的结点，然后将其删除
• 

//按值删
bool Del_val(struct Node *plist, ELEM_TYPE val)
{
	//assert plist
	//删除需要判空(判空链表)
	if(IsEmpty(plist))
	{
		return false;
	}

	//用指针p去接收Search函数的返回值
	struct Node *p = Search(plist, val);
	if(p == NULL)//如果p==NULL 代表val不存在
	{
		return false;
	}
	//执行这一行时，代表val值节点存在，且此时用p指向

	//让指着q停留在指针p的上一个节点位置
	struct Node *q = plist;
	for(; q->next!=p; q=q->next);

	//此时p和q分别已经指向了待删除节点和待删除节点的上一个节点
	//，则此时直接跨越指向，并且释放待删除节点
	q->next = p->next;
	free(p);

	return true;
}

3.9 查找

• 按值查找，返回该值的结点

//查找节点
struct Node* Search(struct Node *plist, ELEM_TYPE val)
{
	//assert plist
	struct Node *p = plist->next;
	for(; p!=NULL; p=p->next)
	{
		if(p->data == val)
		{
			return p;
		}
	}

	return NULL;
}

3.10 获取有效值个数

• 计算出有效节点的个数

int Get_Length(struct Node *plist)
{
	//assert
	int count = 0;

	struct Node *p = plist->next;
	for(; p!=NULL; p=p->next)
	{
		count++;
	}

	return count;
}

3.11 判空

• 在删除时需要进行判空

//判空
bool IsEmpty(struct Node *plist)
{
	assert(plist != NULL);
	
	//如果头结点的next域为NULL，则代表没有有效节点，为空链表
	return plist->next == NULL;
}

3.12 销毁

• 有两种销毁方式
  无限头删
  

  双指针
  

//销毁1(无限头删)
void Destroy1(struct Node *plist)
{
	/*while(!IsEmpty(plist))
	{
		Del_head(plist);
	}*/

	while(plist->next != NULL)
	{
		struct Node *p = plist->next;
		plist->next = p->next;
		free(p);
	}
}

//销毁2(不借助头结点， 需要两个指针)
void Destroy(struct Node *plist)
{
	//assert
	struct Node *p = plist->next;
	struct Node *q = NULL;

	while(p != NULL)
	{
		q = p->next;
		free(p);
		p = q;
	}
	plist->next = NULL;
}

3.13 打印

//打印
void Show(struct Node *plist)
{
	struct Node *p = plist->next;
	for(; p!=NULL; p=p->next)
	{
		printf("%d ", p->data);
	}
	printf("\n");
}

4.主函数

//单链表测试用例
int main()
{
	struct Node head;
	Init_list(&head);

	for(int i=0; i<10; i++)
	{
		Insert_pos(&head, i, i+1);
	}
	Show(&head);

	Insert_Head(&head, 100);
	Insert_Tail(&head, 200);
	Show(&head);

	Del_head(&head);
	Del_tail(&head);
	Show(&head);
	Del_pos(&head, 3);//1 2 3 5 6 7 8 9 10
	Del_val(&head, 7);//1 2 3 5 6 8 9 10
	Show(&head);

	printf("length = %d\n", Get_Length(&head));

	Destroy(&head);
	Show(&head);
	return 0;
}

结果如下：

5.总结