数据结构——线性表②（链表）
《数据结构——线性表①（顺序表）》一文中已经讲了线性表顺序存储–顺序表相关内容，
这篇文章一起来学习 线性表的链式存储–链表↓↓↓↓↓
一、链表的定义
线性表的链式存储称为链表，那什么是链式存储呢
其实理解起来就和火车差不多，一节一节的火车车厢被链条连在一起，每节车厢都是独立存在的，根据不同场景的需求，火车的车厢数可以增加或者减少，这是动态可变的；
而链表就拥有以上的这些属性，一节一节的车厢就是链表中的一个一个的节点，这些节点都是独立存在的，而指向下一个节点的指针就是连接下一节车厢的链条。
概念:链表是一种物理存储结构上非连续、非顺序的存储结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接次序实现的。
链表其实在内存中的存储并不是连续的，而是随机的，而这里线性意思是，在逻辑上，表中的所有节点都串在一起了，像一条线，可以通过节点的指针域找到其他节点。
二、链表的分类
2.1 单链表
上面介绍链表引用的图片就是一个单链表。下面这也是一个单链表
单链表的每个节点存储有两个元素，一个数据域，一个指针域。
- 单链表的特点是：单链表只能从头节点开始遍历，无法直接访问中间或尾部的节点。
2.2 双链表
双链表的每个节点有三个元素，两个指针域（分别是指向前一个节点和指向下一个节点的指针），一个数据域。
双链表的特点是：双链表打破了单链表只能向后访问的局限性，双链表在除头尾节点之外的节点处，可以向前访问。
2.3 循环链表
-
单向循环链表↓↓↓
链表的最后一个节点指向头节点的单向链表叫 – 单向循环链表 -
双向循环链表↓↓↓
2.4 头节点和头指针
- 头节点：链表中的一个特殊节点，它不存储任何数据，只是作为链表的起始位置
- 头指针：指向链表第一个元素的指针
所以，对于带头结点的链表，头指针指向的是头节点； 对于不带头节点的链表，头指针指向的是链表的第一个节点。
头节点在链表数据结构中有很多好处。
-
头节点可以防止链表为空时指针指向
NULL，从而导致程序出错。在带头结点的链表中，当链表为空时，头结点的指针域指向头结点本身，而不是NULL。 -
头节点方便了单链表的特殊操作，例如在表头插入或删除节点。如果不存在头节点，当进行这些操作时，就需要考虑处理空链表的情况，这会增加代码的复杂性和出现
bug的机会。 -
头节点统一了空表和非空表的处理方式。无论链表是否为空，头指针始终指向头结点，这使得对第一个节点的操作与对中间节点的操作保持一致，减少了代码量，并降低了出现错误的可能性。
链表的结构非常多样，以下情况组合起来就有8种 (2×2×2)链表结构:
三、单链表的基本操作及实现函数
3.1 单链表的类型定义
typedef int elemType;
struct SqList
{
elemType data;
struct SqList* next;
};
typedef struct SqList SList;
3.2 带头结点的单链表代码实例
创建和初始化：创建一个SList类型的结构体变量，数据域不存储有效数据，指针域设置为空
#include#include"SqList.h"
pList CreatList()
{
pList list = (pList)malloc(sizeof(SqList));
assert(list);
list->data = -1;//头节点的数据域不存储数据，这里我初始化为-1
list->next = NULL;
return list;
}
pList BuyNode(elemType x)
{
pList node = (pList)malloc(sizeof(SqList));
assert(node);
node->data = x;
node->next = NULL;
return node;
}
void HeadAdd(pList list, elemType x)
{
assert(list);
pList node = BuyNode(x);
node->next = list->next;
list->next = node;
}
void Print(pList list)
{
assert(list);
pList pcur = list->next;
while (pcur)
{
printf("%d->",pcur->data);
pcur = pcur->next;
}
printf("NULL\n");
}
void Delete(pList list, elemType x)
{
assert(list);
pList pcur = list->next;
pList prev = list;
while (pcur)
{
if (pcur->data == x)
{
prev->next = pcur->next;
free(pcur);
pcur = NULL;
return;
}
prev = prev->next;
pcur = pcur->next;
}
printf("Delete fail\n");
}
void Change(pList list, elemType x, elemType newdata)
{
assert(list);
pList pcur = list->next;
while (pcur)
{
if (pcur->data == x)
{
pcur->data = newdata;
return;
}
pcur = pcur->next;
}
printf("Change fail\n");
}
size_t Find(pList list, elemType x)
{
assert(list);
int count = 1;
pList pcur = list->next;
while (pcur)
{
if (pcur->data == x)
{
return count;
}
pcur = pcur->next;
count++;
}
printf("Find fail\n");
}
void Destroy(pList list)
{
pList pcur = list->next;
pList next = NULL;
while (pcur)
{
next = pcur->next;
free(pcur);
pcur = next;
}
free(list);
list = NULL;
}
四、其他链表
3.1 双链表
以下是一个简单的C语言实现双链表的示例代码：
#include 3.2 循环链表
以下是C语言实现循环链表的示例代码：
#include 3.3 静态链表
静态链表是一种使用数组来模拟链表的数据结构。它通过将数组中的每个元素拆分为两个部分，一个存储数据，一个存储指向下一个元素的索引，来实现链表的功能。
以下是一个简单的C语言实现静态链表的示例代码：
#include 五、顺序表和链表的比较
顺序表和链表是两种不同的线性数据结构，它们各有优缺点，适用于不同的应用场景。
他们在以下几个方面有较大的区别
- 内存空间：顺序表在内存中占据连续的空间，而链表则可以非连续。这使得顺序表在空间利用率上较优，因为它不需要为每个节点额外分配存储空间来存储指针。
- 插入和删除操作：在顺序表中，插入和删除操作需要移动元素来保持连续性，因此时间复杂度通常为O(n)。然而，在链表中，插入和删除操作仅需要更改指针，因此时间复杂度为O(1)。链表在插入和删除操作上更高效。
- 查找操作：在顺序表中，查找操作的时间复杂度通常为O(1)，因为我们可以直接通过索引访问元素。而在链表中，查找操作需要从头部开始遍历，时间复杂度为O(n)。
- 动态增长：顺序表通常只能在固定大小的内存空间中操作，而链表可以通过动态分配内存来增长。这意味着链表可以更灵活地处理更多的数据。
- 适用场景：顺序表更适合于小规模数据，因为它在内存中占据连续空间，可以快速访问元素。而链表更适合于大规模数据，因为它可以动态增长并且插入和删除操作更高效。
其实顺序表和链表各有优缺点，选择使用哪种数据结构取决于具体的应用场景和需求。