链表详解（单链表、双向链表、链表逆序）

线性表

在计算机科学中，线性结构被称为线性表

线性表是在数据元素的非空集合中：
①存在唯一的一个首元素；
②存在唯一的一个尾元素；
③除首元素外每个元素有且只有一个直接前驱；
④除尾元素外每个元素有且只有一个直接后续；

按存储方式分为顺序存储与链式存储

线性表的基本操作有：
初始化、插入、删除、遍历(即访问每一个元素，如打印所有信息)、查找、排序

顺序存储结构

顺序存储结构：用一组地址连续的存储单元 依次存放线性表的所有数据元素

特点1：逻辑关系上相邻的两个元素在物理位置上也相邻，因此，可以直接存取表中任意一个元素

特点2（缺点）：①存储空间闲置、存储容量难以扩充；②当进行插入和删除操作时，存在大量数据元素移动

链式存储结构

链式存储结构：①在链式存储结构中，数据元素的存储单元是不连续的。每个元素除自身信息外，还需要存储其后续元素的信息

②每个元素的存储映像称为结点，存放数据元素信息的域称为数据域，存放后续结点存储位置的域称为指针域，每个结点由数据域和指针域构成

③用指针相连的结点序列称为链表

单链表

单链表定义

链表，别名链式存储结构或单链表，用于存储逻辑关系为 “一对一” 的数据。链表中每个数据的存储都由以下两部分组成：
  1.数据元素本身，其所在的区域称为数据域。
  2.指向直接后继元素的指针，所在的区域称为指针域。

单链表存储结构中，有一首指针head指示链表中第一个结点的存储位置，同时，由于最后一个元素没有直接后续，所以单链表最后一个结点的指针域为空(NULL)，而当head为NULL时，head所指向的单链表为空表，其表长length=0
单链空表逻辑状态图如下：

单链表一般逻辑状态图如下：

单链表基本操作（仅供参考）

单链表结构体定义

//单链表的结构定义 
typedef struct list
{
	int data;  //存放数据的地址 
	struct list *next;
}LIST_T;

单链表的初始化(创建头结点)

LIST_T*List_Init(int data)
{
	LIST_T * head;
	head = (LIST_T *)malloc(sizeof(LIST_T));
	head->data=data;
	head->next=NULL;
	return head;
}

单链表的插入

void List_Add(LIST_T  *head,int data)
{
	LIST_T  *pNode,*p1=head;
	pNode=(LIST_T  *)malloc(sizeof(LIST_T ));
	while(p1->next != NULL )
	{  
		p1=p1->next;  //遍历链表，找到最末尾的节点
	}  
	p1->next=pNode;
	pNode->data=data;
	pNode->next=NULL;
}

单链表结点位置的删除

//删除单链表中第index位置上的结点 
int List_Del(LIST_T * head,int index)
{
    LIST_T * p1;
    LIST_T * p2;  //要删除结点的临时结点
    int nCount = 0;
    p1=head;
    while(p1->next != NULL)
    {
        if(nCount == index)
        {
            p2 = p1->next;
            p1->next = p1->next->next;
            free(p2);
        }
        p1=p1->next;
        nCount++;
    }
    return nCount;
}

单链表修改结点

// 修改单链表L的第index个位置上的结点 
void replace(LIST_T  *head, int index, int data)
{
    LIST_T * p1;
    int nCount = 0;
    p1=head;
    while(p1->next != NULL)
    {
        if(nCount == index)
        {
            p1->data = data;
            break;
        }
        p1=p1->next;
        nCount++;
    }
    head = p1;
}

单链表结点打印

void Data_Print(LIST_T *head)
{
	LIST_T *p1=head->next;
	while(p1 != NULL)
	{ 
		printf("data = %d\n",p1->data);
		p1=p1->next;
	}
}

释放链表

LIST_T *List_Free(LIST_T  *head)
{
	LIST_T  *ptr=head;
	while(ptr!=NULL)
	{
		ptr=ptr->next;
		free(head->data);//先释放数据存储的内存空间
		free(head);//再释放链表节点的内存空间
		head=ptr;
	}
	return head;
}

实例

#include
#include 
#include 
/*结构体定义，增删改查，和上面单链表基本操作等同，这里省略*/
int main()
{
    LIST_T *head;
    //初始化链表
    head=(LIST_T  *)List_Init(NULL);//头节点不存储数据，参数为NULL
    //添加链表节点
    List_Add(head,1);
    List_Add(head,2);
    Data_Print(head);
    replace(head,1,10);
    Data_Print(head);
    return 0;
}

执行结果：

data = 1
data = 2
data = 10
data = 2

循环单链表的状态图

循环单链表一般逻辑状态图如下：

双向链表

双向链表定义

双向链表也叫双链表，是链表的一种，它的每个数据结点中都有两个指针，分别指向直接后继和直接前驱。所以，从双向链表中的任意一个结点开始，都可以很方便地访问它的前驱结点和后继结点。其结构图为：


双向链表中各节点包含以下 3 部分信息：
指针域：用于指向当前节点的直接前驱节点；
数据域：用于存储数据元素。
指针域：用于指向当前节点的直接后继节点；

双向链表特点

1.每次在插入或删除某个节点时, 需要处理四个节点的引用, 而不是两个. 实现起来要困难一些
2.相对于单向链表, 必然占用内存空间更大一些.
3.既可以从头遍历到尾, 又可以从尾遍历到头

双向链表基本操作（仅供参考）

双向链表的结构体定义

typedef struct list{
    struct list *pre;
    int data;
    struct list *next;
}LIST_T;

双向链表的初始化(创建头结点)

LIST_T*List_Init()
{
    LIST_T * head;
    head = (LIST_T *)malloc(sizeof(LIST_T));
    if(head == NULL)
    {
        printf("malloc error!\r\n");
        return NULL;
    }
    head->data=0;
    head->pre=NULL;
    head->next=NULL;
    return head;
}

双向链表的插入

/*在尾部位置的插入data节点*/
void InsertNode(LIST_T * head,int data)
{
    /*新建数据域为data的结点*/
    LIST_T * pNode,*p=head;
    pNode=(LIST_T  *)malloc(sizeof(LIST_T ));

    while(p->next)
    {
        p=p->next;  //遍历链表，找到最末尾的节点
    }
    if (p->next==NULL)
    {
        p->next=pNode;
        pNode->pre=p;
        pNode->next=NULL;
        pNode->data = data;
    }

}

双向链表数据结点位置的删除

LIST_T * DeleteList(LIST_T * head,int data)
{
    LIST_T * temp=head;
    /*遍历链表*/
    while(temp)
    {
        if (temp->data==data)
        {
            /*判断是否是头结点*/
            if(temp->pre == NULL)
            {
                head=temp->next;
                temp->next = NULL;
                free(temp);
                return head;
            }
            /*判断是否是尾节点*/
            else if(temp->next == NULL)
            {
                temp->pre->next=NULL;
                free(temp);
                return head;
            }
            else
            {
                temp->pre->next=temp->next;
                temp->next->pre=temp->pre;
                free(temp);
                return head;
            }


        }
        temp=temp->next;
    }
    return head;
}

双向链表修改结点数据

// 修改链表L的第index个位置上的结点数据
LIST_T *replace(LIST_T * p,int index,int newdata)
{
    LIST_T * temp=p;
    int i=1;
    /*遍历到被删除结点*/
    for(i=1;i<index; i++)
    {
        temp=temp->next;
    }
    temp->data=newdata;
    return p;
}

双向链表结点数据查找

/*head为原双链表，elem表示被查找元素*/
int FindList(LIST_T * head,int elem)
{
/*新建一个指针t，初始化为头指针 head*/
    LIST_T * temp=head;
    int i=1;
    while(temp->next!=NULL)
    {
        if (temp->data==elem)
        {
            return i;
        }
        i++;
        temp=temp->next;
    }
    /*程序执行至此处，表示查找失败*/
    return -1;
}

双向链表数据打印

/*输出链表的功能函数*/
void PrintList(LIST_T * head)
{
    LIST_T * temp=head;
    printf("链表数据有：");
    while (temp)
    {
       /*如果该节点无后继节点，说明此节点是链表的最后一个节点*/
       if (temp->next==NULL)
       {
           printf("%d\n",temp->data);
       }
       else
       {
           printf("%d->",temp->data);
       }
       temp=temp->next;
    }
}

实例

#include
#include 
#include 
/*结构体定义，增删改查，和上面双向链表基本操作等同，这里省略*/
int main()
{
    LIST_T * head=NULL;
    //创建双链表
    head=List_Init();
    printf("新创建双链表为\t");
    PrintList(head);

    //插入结点
    InsertNode(head,1);
    printf("在表中插入元素 1\t");
    PrintList(head);

    InsertNode(head,7);
    printf("在表中插入元素 7\t");
    PrintList(head);

    InsertNode(head,6);
    printf("在表中插入元素 6\t");
    PrintList(head);

    //表中删除元素
    head=DeleteList(head,6);
    printf("表中删除元素 6\t\t\t");
    PrintList(head);

    //查找元素
    printf("元素 1 的位置是\t：%d\n",FindList(head,1));

    //修改元素
    head = replace(head,1,6);
    printf("表中第1个节点中的数据改为6\t");
    PrintList(head);

    return 0;
}

执行结果：

新创建双链表为          链表数据有：0
在表中插入元素 1        链表数据有：0->1
在表中插入元素 7        链表数据有：0->1->7
在表中插入元素 6        链表数据有：0->1->7->6
表中删除元素 6          链表数据有：0->1->7
元素 1 的位置是 ：2
表中第1个节点中的数据改为6      链表数据有：6->1->7

双向链表的状态图

双向链表一般逻辑状态图如下：

双向循环链表的状态图

双向循环链表一般逻辑状态图如下：

单链表逆序

逆序思想：

1、链表为空时：不需要逆序；
2、链表只有一个节点时：不需要逆序；
3、链表的节点为两个以及两个以上时：需要逆序

逆序代码：

LIST_T *link_reversed_order(LIST_T *p_head)
{
    LIST_T *pf = NULL, *pb = NULL, *tmp = NULL;
    pf = p_head;
    if(p_head == NULL)
    {
        printf("链表为空，不需要逆序！\n");
        return p_head;
    }
    else if(p_head->next == NULL)
    {
        printf("链表只有一个节点，不需要逆序！\n");
        return p_head;
    }
    else
    {
        pf = p_head->next;
        pb = pf->next;   //pf->next要赋值空，不然反向会在最后两个结点形成环
        pf->next = NULL;
        free(p_head);   //删掉头，不然反向链表会打印头结点数据NULL(例子这里为0)
        while(pb != NULL)
        {
            tmp = pb;
            pb = pb->next;
            tmp->next = pf;
            pf = tmp;
        }
        LIST_T  *pNode;   //链表反序后无头结点，这里自己建一个头
        pNode=(LIST_T  *)malloc(sizeof(LIST_T ));
        pNode->data=NULL;
        pNode->next = pf;
        return pNode;
    }
}

实例：
（结合上文单链表的操作）

int main()
{
    LIST_T *head;
    //初始化链表
    head=(LIST_T  *)List_Init(NULL);//头节点不存储数据，参数为NULL
    //添加链表节点
    List_Add(head,1);
    List_Add(head,2);
    List_Add(head,3);
    Data_Print(head);
    printf("\n");
    head = link_reversed_order(head);
    Data_Print(head);
    return 0;
}

执行结果：

data = 1
data = 2
data = 3

data = 3
data = 2
data = 1