【数据结构】单链表
前言
单链表是一种数据结构，其中每个元素（通常称为节点）都包含一个数据字段和一个指向下一个节点的指针。
文章目录
- 一、初识单链表
- 二、单链表的操作
-
- 2.1 初始化链表
- 2.2 插入操作
- 2.3 删除操作
- 2.4 打印链表
- 2.5 查找节点
- 2.6 修改节点数据
- 2.7 销毁链表并释放内存
- 三、完整代码
-
- list.h
- list.c
- main.c
一、初识单链表
单链表就像一段火车，每节车厢都由前面一节车厢牵引，单链表的其中一个节点可以看作一节车厢，车厢内的货物就是节点存储的数据，而车厢的挂钩就是指针，这个“指针”可以由前面一节车厢找到后面一节车厢，但是不能通过后面一节车厢找到前面一节车厢。
单链表通常由结构体（struct）和指针来实现：
//在头文件中定义
typedef struct Node {
int data; // 节点存储的数据
struct Node* next; // 指向下一个节点的指针
};
二、单链表的操作
2.1 初始化链表
头文件中定义链表
typedef int dataType;//将类型转换成dataType，方便修改，使用不同数据
typedef struct Node {
int data; // 节点存储的数据
struct Node* next; // 指向下一个节点的指针
}Node;
主函数内创建头节点
Node* head = NULL;//创建一个头节点，这里不使用哨兵位
使用哨兵节点的好处：
-
简化代码：在插入和删除操作时，不需要单独处理链表头。这使得代码更简洁、易读和易于维护。
-
统一处理：由于所有节点（包括链表头）现在都有一个前置节点（即哨兵节点），一些操作可以更统一地执行。
-
减少错误：代码简化通常会降低出错的可能性。
-
方便返回新的头节点：在某些链表操作（如排序、反转等）后，链表的实际头节点可能会改变。使用哨兵节点可以很容易地找到新的头节点，即哨兵节点的 next 指针所指向的节点。
用于创建新节点的函数，在插入操作中可以方便调用
Node* createNode(int data) {
Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
if (newNode == NULL) {
perror("Error in createNode\n");//createNode函数发生错误
return NULL;
}
newNode->data = data;
newNode->next = NULL;
return newNode;
}
2.2 插入操作
通常插入操作有头插，尾插和指定位置插入
头插
void insertHead(Node** head,dataType data) {
Node* newNode = createNode(data);
if (newNode == NULL) {
perror("Error in insertNode");//insertNode函数发生错误
return NULL;
}
newNode->next = *head;
*head = newNode;
}
尾插
void insertTail(Node** head, dataType data) {
Node* newNode = createNode(data);
if (newNode == NULL) {
perror("Error in insertTail");//insertTail函数发生错误
return NULL;
}
//当仅有head一个头节点时
if (*head == NULL) {
*head = newNode;
return;
}
Node* temp = *head; //始终保持head指针不变
while (temp->next != NULL) {
temp = temp->next;
}
temp->next = newNode;
}
指定位置插入
//指定位置插入,第一个节点下标为1，头节点为0
void insertPosition(Node** head, dataType data, int position) {
Node* newNode = createNode(data);
if (newNode == NULL) {
perror("Error in insertTail");
return;
}
if (position < 1) { //位置错误
printf("Invalid position!\n");
return;
}
//头插
if (position == 1) {
newNode->next = *head;
*head = newNode;
return;
}
Node* temp = *head;
for (int i = 1; i < position - 1; i++) {
if (temp == NULL) {
printf("Position out of bounds!\n"); //位置越界
return;
}
temp = temp->next; //最后一次赋值，temp来到指定位置的前一位
}
if (temp == NULL) {
printf("Position out of bounds!\n");
return;
}
newNode->next = temp->next; //temp->next是数据插入指定位置后的后一节点的地址
temp->next = newNode; //将节点地址newNodef赋给前一位节点的next
}
2.3 删除操作
删除链表第一个有效节点
void deleteHead(Node** head) {
if (*head == NULL) {
return;
}
Node* temp = *head; //*head第一个节点地址
*head = (*head)->next;
free(temp);//释放空间
}
删除链表尾部节点
void deleteTail(Node** head) {
if (*head == NULL) {
return;
}
Node* temp = *head;
Node* prev = NULL; //prev尾节点的前一节点
while (temp->next != NULL) {
prev = temp;
temp = temp->next;
}
if (prev != NULL) { //prev为空说明仅有head一个头节点
prev->next = NULL;
}
else {
*head = NULL;
}
free(temp);//释放空间
}
删除链表指定位置的节点
void deleteIndex(Node** head, int index) {
if (index < 1) {
printf("Invalid index. Must be greater than 0.\n");
return;
}
if (index == 1) {
deleteHead(head);
return;
}
Node* temp = *head;
Node* prev = NULL; //prev目标节点前一个节点
for (int i = 1; i < index; ++i) {
if (temp == NULL) {
printf("Index out of range.\n");//超出范围
return;
}
prev = temp;
temp = temp->next;
}
if (temp == NULL) {
printf("Index out of range.\n");//超出范围
return;
}
prev->next = temp->next;
free(temp);
}
2.4 打印链表
void printList(Node** head) {
Node* temp = *head;
while (temp != NULL) {
printf("%d->", temp->data);
temp = temp->next;
}
printf("\n");
}
2.5 查找节点
Node* searchNode(Node** head, int data) {
Node* temp = *head;
int count = 1;
while (temp != NULL) {
if (temp->data == data) {
printf("在第%d个节点\n", count);
return temp; // 返回找到的节点
}
temp = temp->next;
count++;
}
printf("没找到\n");
return NULL; // 返回NULL表示没找到
}
2.6 修改节点数据
void updateNode(Node** head, int newData,int index) {
Node* temp = *head;
int count = 1;
while (temp != NULL) {
if (count == index) {
temp->data = newData;
return;
}
temp = temp->next;
count++;
}
printf("访问越界\n");
return;
}
2.7 销毁链表并释放内存
void destroyList(Node** head) {
Node* cur = *head;
Node* nextNode;
while (cur != NULL) {
nextNode = cur->next;
free(cur);
cur = nextNode;
}
*head = NULL;
}
三、完整代码
list.h
#includelist.c
#include"list.h"
// 创建新节点
Node* createNode(int data) {
Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
if (newNode == NULL) {
perror("Error in createNode\n");//createNode函数发生错误
return NULL;
}
newNode->data = data;
newNode->next = NULL;
return newNode;
}
// 头部插入节点
void insertHead(Node** head,dataType data) {
Node* newNode = createNode(data);
if (newNode == NULL) {
perror("Error in insertHead");//insertHead函数发生错误
return ;
}
newNode->next = *head;
*head = newNode;
}
//尾插
void insertTail(Node** head, dataType data) {
Node* newNode = createNode(data);
if (newNode == NULL) {
perror("Error in insertTail");//insertTail函数发生错误
return ;
}
//当仅有head一个头节点时
if (*head == NULL) {
*head = newNode;
return;
}
Node* temp = *head; //始终保持head指针不变
while (temp->next != NULL) {
temp = temp->next;
}
temp->next = newNode;
}
//指定位置插入,第一个节点下标为1，头节点为0
void insertPosition(Node** head, dataType data, int position) {
Node* newNode = createNode(data);
if (newNode == NULL) {
perror("Error in insertTail");
return;
}
if (position < 1) { //位置错误
printf("Invalid position!\n");
return;
}
//头插
if (position == 1) {
newNode->next = *head;
*head = newNode;
return;
}
Node* temp = *head;
for (int i = 1; i < position - 1; i++) {
if (temp == NULL) {
printf("Position out of bounds!\n"); //位置越界
return;
}
temp = temp->next; //最后一次赋值，temp来到指定位置的前一位
}
if (temp == NULL) {
printf("Position out of bounds!\n");
return;
}
newNode->next = temp->next; //temp->next是数据插入指定位置后的后一节点的地址
temp->next = newNode; //将节点地址newNodef赋给前一位节点的next
}
// 删除链表第一个有效节点
void deleteHead(Node** head) {
if (*head == NULL) {
return;
}
Node* temp = *head; //*head第一个节点地址
*head = (*head)->next;
free(temp);
}
// 删除链表尾部节点
void deleteTail(Node** head) {
if (*head == NULL) {
return;
}
Node* temp = *head;
Node* prev = NULL; //prev尾节点的前一节点
while (temp->next != NULL) {
prev = temp;
temp = temp->next;
}
if (prev != NULL) { //prev为空说明仅有head一个头节点
prev->next = NULL;
}
else {
*head = NULL;
}
free(temp);
}
// 删除链表指定位置的节点
void deleteIndex(Node** head, int index) {
if (index == 1) {
deleteHead(head);
return;
}
Node* temp = *head;
Node* prev = NULL; //prev目标节点前一个节点
for (int i = 1; i < index; i++) {
if (temp == NULL) {
printf("Index out of range\n"); //超出范围
return;
}
prev = temp;
temp = temp->next;
}
if (prev != NULL && temp !=NULL) {
prev->next = temp->next;
free(temp);
}
else {
printf("Index out of range or prev is NULL.\n");
}
}
// 打印链表
void printList(Node** head) {
Node* temp = *head;
while (temp != NULL) {
printf("%d->", temp->data);
temp = temp->next;
}
printf("\n");
}
// 查找节点
Node* searchNode(Node** head, int data) {
Node* temp = *head;
int count = 1;
while (temp != NULL) {
if (temp->data == data) {
printf("在第%d个节点\n", count);
return temp; // 返回找到的节点
}
temp = temp->next;
count++;
}
printf("没找到\n");
return NULL; // 返回NULL表示没找到
}
// 修改节点数据
void updateNode(Node** head, int newData,int index) {
Node* temp = *head;
int count = 1;
while (temp != NULL) {
if (count == index) {
temp->data = newData;
return;
}
temp = temp->next;
count++;
}
printf("访问越界\n");
return;
}
// 销毁链表并释放内存
void destroyList(Node** head) {
Node* cur = *head;
Node* nextNode;
while (cur != NULL) {
nextNode = cur->next;
free(cur);
cur = nextNode;
}
*head = NULL;
}
main.c
#include"list.h"
int main() {
Node* head = NULL;//创建一个头节点，说明这是一个带有头节点的单链表
insertHead(&head,2);//在头部插入2，2->
insertHead(&head,1);//在头部插入1, 1->2->
insertTail(&head,3);//尾部插入3，1->2->3->
insertTail(&head,5);//尾部插入5，1->2->3->5->
insertPosition(&head,4,4);//第四个节点插入4，1->2->3->4->5->
printList(&head);//1->2->3->4->5->
searchNode(&head,3);//查找3在哪个节点
printList(&head);
updateNode(&head, 4, 3);//将第三个节点改为4，1->2->4->4->5->
printList(&head);
deleteHead(&head);//删除头节点，2->3->4->5->
deleteTail(&head);//删除尾节点，2->3->4->
deleteIndex(&head, 2);//删除第二个节点，2->4->
destroyList(&head);
return 0;
}
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