数据结构线性表——单链表

前言：小伙伴们又见面啦，这篇文章我们来一起学习线性表的第二模块——单链表。

单链表的学习就要开始上强度啦，小伙伴们一定要努力，坚持！

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目录

一.什么是单链表

二.单链表与顺序表的区别

三.单链表的实现

1.单链表的定义 

2.单链表的初始化

3.单链表节点的创建

 四.单链表的操作

1.单链表的打印

 2.单链表的尾插

3.单链表的头插

4.单链表的尾删

5.单链表的头删

6.单链表的查找

7.单链表在指定位置前插

8.单链表在指定位置后插

9.单链表在指定位置删除

10.单链表的销毁

五.完整代码展示

1.SLinkList.h

2.SLIinkList.c

test.c

六.总结

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一.什么是单链表

通过物理模型我们可以这样理解，单链表就是每个数据之间都用一个链条来连接，而单的含义就是两个数据之间只有一条链子连接。

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二.单链表与顺序表的区别

我们已经知道，顺序表是用一个数组来存储和管理数据，因为数组的大小难以改变，就算是我们能够通过动态内存管理来实现数组大小的不断扩容，但还是可能会出现内存浪费的情况。

而单链表就可以完美的解决这个问题。

单链表可以实现存一个数据就开辟一块空间的完美内存控制。

如下图，我们每需要存入一个数据，就开辟一个空间，而每个空间之间，我们用指针来相连，前一个空间在存储数据的同时，存储下一块空间的地址，这样一来，我们就可以杜绝空间浪费。而这样一小块一小块的空间，我们称之为节点。

带着这个思路，我们就开始来真正的实现单链表。

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三.单链表的实现

1.单链表的定义 

通过上边的思路，不难得出，我们需要用结构体来管理每块空间：

typedef int SLLDataType;
//定义单链表
typedef struct SLinkList
{
	SLLDataType data;//数据
	struct SLinkList* next;//链条
}SLLNode;

因为指针要指向下一个数据空间，而空间是结构体类型，所以该指针的类型就要是结构体。

而指针的名字，规定为next，对等“下一个”的意思。

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2.单链表的初始化

因为单链表创建之后是没有数据的，内存为空，所以单链表的初始化，也就是我们要使用单链表的时候，创建一个单链表类型的指针变量：

    SLLNode* ssl = NULL;

注意当我们创建完一个指针变量之后，如果不对其进行任何赋值操作，就要置空，否则就会变成野指针。

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3.单链表节点的创建

初始时刻，单链表是没有任何数据的，那么想要存入数据，就要创建新的节点。

一个节点同时包含该节点的数据和要指向下一个节点地址的指针。

SLLNode* CreatNode(SLLDataType x)
{
	SLLNode* newnode = (SLLNode*)malloc(sizeof(SLLNode));
		if (newnode == NULL)
		{
			perror("CreatNode->malloc");
			exit(-1);
		}
		newnode->data = x;	
		newnode->next = NULL;
		return newnode;
}

开辟节点的空间，我们用到malloc函数。

当我们新创建了一个节点之后，要将他的指针置空，因为我们并不需要在该函数中使用它的指针。

至此，单链表的基础外壳就已经全部实现了，下面我们就要进行单链表的各种操作。 

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 四.单链表的操作

1.单链表的打印

基于前边顺序表学习的经验，我们实现每一种操作之后，都要及时测试是否无误，所以我们要先有打印函数，那么单链表该如何打印呢？？？

有小伙伴说：这简单啊，不是每个节点都有指针指向下一个节点的地址吗，直接用指针遍历打印不就好了。

但是小伙伴们是否发现，虽然我们说每个节点都有一个指针来指向下一个节点，但是第一个节点的地址该怎么存放？？？，依此疑惑，我们引出头结点的定义。

头结点，我们用phead表示，让头结点去指向我们第一个节点的地址。

事实上，头结点还是我们在调用各种单链表操作函数时的形参。

当我们新创建了单链表类型的变量，这个变量就是一个头节点，要用它去实现各种功能。

了解过头结点之后，我们就能够来实现打印函数了： 

void SLListPrint(SLLNode* phead)
{
	SLLNode* cur = phead;
	while (cur != NULL)
	{
		printf("%d ", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
}

 为了防止phead发生改变，我们用cur来作为临时变量进行操作。

那么该如何理解while循环的判断条件(cur != NULL)呢？？？

SLLNode* ssl = NULL;

这是我们的头结点，也是实参，把它传给函数，并用phead接收，再赋值给cur。

如果cur一开始就为空，那么就证明当前单链表没有节点，无需打印；如果不为空，就证明单链表有节点，开始循环打印，每打印一次，就让cur指向下一个节点，直到cur再次为空时，说明没有下一个节点了，循环便退出。

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 2.单链表的尾插

先来分析一下，单链表该如何尾插呢？？？

如果单链表本来有数据，那么只需要找到它的最后一个节点，让它的指针指向新节点的地址。

但如果本来就没有数据，那么尾插不就等于创建一个新节点。

//尾插
void SLListPushBack(SLLNode** phead, SLLDataType x)
{
   	assert(phead);
	SLLNode* newnode = CreatNode(x);
	if (*phead == NULL)
	{
		*phead = newnode;
	}
	else
	{
        //找尾
		SLLNode* tail = *phead;
		while (tail->next != NULL)
		{
			tail = tail->next;
		}
		tail->next = newnode;
	}
}

首先进行一个assert(phead)的断言，因为如果phead为空的话，就说明单链表不存在。

尾插要创建一个新的节点，所以我们先调用CreatNode函数，并创建newnode节点变量来接收。

接着进行头结点的判断，如果为空，说明当前没有数据，直接让头结点指向新的节点。

如果不为空，就从头开始往后找到最后一个节点，然后让最后一个节点的指针指向新的节点。

要注意这里while循环的判断条件， 如果tail是最后一个节点了，那么它的指针就为空，因为它没有节点可以指向，所以要置空防止变成野指针，也就是tail->next == NULL，随后就让该指针指向新节点即可。

下面请注意最重要的一点：

不知道小伙伴们有没有注意到形式参数phead是一个二级指针类型呀？

好奇怪，为什么是二级指针呢？？？

这就又要扯到形参是实参的一份临时拷贝这个知识点上了。

注意，我们的实参ssl是一个一级结构体指针类型，那么想要改变它所关联的结构体的内部数据，就需要传它的地址。

而接收一个指针的地址，就需要二级指针了。

 这里经常有小伙伴会认为，只要我是指针，我就能改变值，这是一个很大的误区。

下面我们就来进行测试：

void test()
{
	SLLNode* ssl = NULL;
	SLListPushBack(&ssl, 1);
	SLListPushBack(&ssl, 2);
	SLListPushBack(&ssl, 3);
	SLListPushBack(&ssl, 4);
	SLListPrint(ssl);
}

注意我们调用函数时，传的都是实参ssl的地址，而打印并不会改变什么，所以不需要传地址。

结果如下：

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3.单链表的头插

头插相对于尾插就简单多了，我们只需要创建一个新节点，让它的指针指向第一个节点的地址，再让头结点指向新节点的地址。

//头插
void SLListPushFront(SLLNode** phead,SLLDataType x)
{
    assert(phead);
	SLLNode* newnode = CreatNode(x);
	newnode->next = *phead;
	*phead = newnode;
}

首先进行一个assert(phead)的断言，因为如果phead为空的话，就说明单链表不存在。

第一个节点的地址存在*phead里边，所以直接将*phead赋值给新节点的指针，然后再让*phead指向新节点。

这段代码同样也满足原单链表没有节点的情况，这样*phead就为空，赋值之后同样满足最后一个节点指向NULL。

测试如下：

void test()
{
	SLLNode* ssl = NULL;
	SLListPushBack(&ssl, 1);
	SLListPushBack(&ssl, 2);
	SLListPushBack(&ssl, 3);
	SLListPrint(ssl);
	printf("\n");
	SLListPushFront(&ssl, 5);
	SLListPushFront(&ssl, 6);
	SLListPrint(ssl);
}

结果如下：

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4.单链表的尾删

想要尾删，那就和尾插一样，要先找到尾节点，然后将指向尾结点的前一个节点的指针置空，因为是用malloc开辟的空间，所以需要再将尾节点free掉，就可以完成尾删的操作了。

但是尾删还需要关注没有节点，只有一个节点和有多个节点这三种情况。

那有小伙伴就会问，为什么一个节点和多个节点不能用同一个代码呢？？？

我们来分析一下，如果只有一个节点，我们是要直接对*phead进行free的，这就需要二级指针；

但是如果有多个节点，我们就可以用一个临时变量指针来free空间，不需要二级指针。

• 没有节点好说，那就是*phead为空。
• 当只有一个节点时，我们只需要将*phead给free了，再将*phead置空即可。
• 当有多个节点时，我们就要找尾了，这时候又有一个问题，找到尾之后，该如何找到尾的前一个节点呢？？？
• 有一个便捷的方法，既然tail->next是下一个节点，那么tail->next->next就是下下个节点，当tail->next->next为尾节点时，此时的tail->next就为尾结点的前一个节点啦。

实现如下： 

//尾删
void SLListPopBack(SLLNode** phead)
{
	//空
	assert(*phead);
	//一个节点
	if ((*phead)->next == NULL)
	{
		free(*phead);
		*phead = NULL;
	}
	else//多个节点
	{
		//找尾
		SLLNode* tail = *phead;
		while (tail->next->next != NULL)
		{
			tail = tail->next;
		}
		free(tail->next);
		tail->next = NULL;
	}
}

判断单链表是否为空，我们直接用assert函数，强制断言，防止过渡尾删出现错误。

测试如下：

void test()
{
	SLLNode* ssl = NULL;
	SLListPushBack(&ssl, 1);
	SLListPushBack(&ssl, 2);
	SLListPushBack(&ssl, 3);
	SLListPushFront(&ssl, 5);
	SLListPrint(ssl);
	printf("\n");
	SLListPopBack(&ssl);
	SLListPopBack(&ssl);
	SLListPopBack(&ssl);
	SLListPrint(ssl);
}

结果如下：

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5.单链表的头删

头删需要和尾删一样考虑没有节点，只有一个节点和多个节点这三种情况吗？？？

我们来分析一下，没有节点肯定是要用assert函数来断言的；紧接着，删除第一个节点，那就是要让头结点指向第一个节点的next，如果只有一个节点，那么就是让*phead指向NULL，而此时第一个节点的next不就为NULL吗？

所以一个节点和多个节点就不用分开考虑了。

//头删
void SLListPopFront(SLLNode** phead)
{
	//空
	assert(*phead);
	//非空
	SLLNode* tail = *phead;
	*phead = (*phead)->next;
	free(tail);
	tail = NULL;
}

用临时变量tail来记录第一个节点，接着让*phead指向下一个节点，最后通过tail来释放第一个节点。

测试如下：

void test()
{
	SLLNode* ssl = NULL;
	SLListPushBack(&ssl, 1);
	SLListPushBack(&ssl, 2);
	SLListPushBack(&ssl, 3);
	SLListPushBack(&ssl, 4);
	SLListPrint(ssl);
	printf("\n");
	SLListPopFront(&ssl);
	SLListPopFront(&ssl);
	SLListPopFront(&ssl);
	SLListPrint(ssl);
}

结果如下：

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6.单链表的查找

我们规定单链表的查找为：通过输入数据来查找，找到则返回该数据的地址，找不到则返回NULL。

其实和打印也是一个差不多的类型，我们就直接来实现：

//查找
SLLNode* SLListFind(SLLNode* phead, SLLDataType x)
{
	SLLNode* cur = phead;
	while (cur != NULL)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}
		else
		{
			cur = cur->next;
		}
	}
	return NULL;
}

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7.单链表在指定位置前插

单链表不像顺序表一样，因为是数组，所以可以直接在某个位置进行插入。而单链表的指定位置插入则可以分为前插和后插。

首先要知道，想在单链表中插入数据，就必须有指针，所以我们要先找到指定位置的地址，说到找地址，就要用到单链表的查找功能了，所以单链表在指定位置的插入就必须和查找挂钩使用。

//pos前插
void SLListInsertFront(SLLNode** phead, SLLNode* pos, SLLDataType x)
{
	assert(phead && *phead && pos);
	if (*phead == pos)
	{
		//头插
		SLListPushFront(phead, x);
	}
    else
    {
	    SLLNode* val = *phead;
	    while (val->next != pos)
	    {
		    val = val->next;
	    }
	    SLLNode* newnode = CreatNode(x);
	    val->next = newnode;
	    newnode->next = pos;
    }
}

注意，pos位置前插入数据，我们就不是仅仅要断言phead了，同时还要断言*phead和pos。

• 如果*phead为空，说明链表为空，空链表哪有什么指定位置的概念；
• 如果pos为空，就说明你给了一个空位置，空位置怎么插入？

值得注意的是，前插要判断pos是否为第一个节点，如果是第一个节点，就直接调用头插函数。

那有小伙伴们可能会问，为什么pos是第一个节点就要特殊处理呢？？？

我们来看while的循环条件，如果pos是第一个节点，那么val就是pos，这样val->next永远都不可能是pos，最后为空，对空指针解引用操作，程序就崩了。

如果是前插，就必须先找到pos位置前的节点，让它去指向新的节点newnode，再让新节点指向pos位置的地址。

测试如下：

void test()
{
	SLLNode* ssl = NULL;
	SLListPushBack(&ssl, 1);
	SLListPushBack(&ssl, 2);
	SLListPushBack(&ssl, 3);
	SLListPushBack(&ssl, 4);
	SLListPrint(ssl);
	printf("\n");
	SLLNode* pos = SLListFind(ssl, 3);
	SLListInsertFront(&ssl, pos, 5);
	SLListPrint(ssl);
}

比如我们要在数据3所处的位置的前边插入，就先用查找操作找出3节点的地址，并赋值给pos，接着进行前插，结果如下：

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8.单链表在指定位置后插

指定位置后插入数据就比前插简单多了，因为我们并不用去找pos位置前的节点，只需要让pos节点的指针指向新节点，再让新节点去指向pos节点的后一个节点即可。

//pos后插
void SLListInsertBack(SLLNode* pos, SLLDataType x)
{
	assert(pos);
	SLLNode* newnode = CreatNode(x);
	SLLNode* tmp = pos->next;
	newnode->next = tmp;
	pos->next = newnode;
}

同样先断言一下pos，定义tmp去接收pos节点的下一个节点的地址，让newnode指向tmp，再让pos去指向newnode。

测试如下：

void test()
{
	SLLNode* ssl = NULL;
	SLListPushBack(&ssl, 1);
	SLListPushBack(&ssl, 2);
	SLListPushBack(&ssl, 3);
	SLListPushBack(&ssl, 4);
	SLListPrint(ssl);
	printf("\n");
	SLLNode* pos = SLListFind(ssl, 3);
	SLListInsertBack(pos, 5);
	SLListPrint(ssl);
}

依然是在数据3的后边插入，结果如下：

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9.单链表在指定位置删除

单链表在指定位置的删除也比较简单，找到pos节点的前一个，让它直接指向pos节点的后一个，再将pos节点释放即可。

那么指定位置的删除是否要考虑节点数问题呢？？？

首先没有节点或是表不存在肯定是不可取的，所以要先断言。

其次，考虑单节点和多节点，如果只有一个节点，那么pos位置前就是头节点phead，pos节点后就是NULL，让头节点直接指向NULL，同样合情合理，所以单节点和多节点可以一起处理。

此外，指定位置的删除也需要判断pos是否为第一个节点。

//pos删
void SLListErase(SLLNode** phead, SLLNode* pos)
{
	assert(phead && *phead && pos);
	if (*phead == pos)
	{
        //头删
		SLListPopFront(phead);
	}
    else
    {
	    SLLNode* val = *phead;
	    while (val->next != pos)
	    {
		    val = val->next;
	    }
	    val->next = val->next->next;
	    free(pos);
	    pos = NULL;
    }
}

测试如下：

void test()
{
	SLLNode* ssl = NULL;
	SLListPushBack(&ssl, 1);
	SLListPushBack(&ssl, 2);
	SLListPushBack(&ssl, 3);
	SLListPushBack(&ssl, 4);
	SLListPrint(ssl);
	printf("\n");
	SLLNode* pos = SLListFind(ssl, 3);
	SLListErase(&ssl, pos);
	SLListPrint(ssl);
}

删除数据3所在位置的节点，结果如下：

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10.单链表的销毁

单链表的所有空间也是使用malloc函数开辟的，所以使用之后要及时销毁。

那么只需要从头到尾将单链表遍历一遍，一个一个free即可：

//销毁
void SLListDestroy(SLLNode** phead)
{
	while (*phead)
	{
		SLLNode* tmp = *phead;
		*phead = (*phead)->next;
		free(tmp);
	}
}

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五.完整代码展示

1.SLinkList.h

#include 
#include 
#include 
typedef int SLLDataType;

//定义单链表
typedef struct SLinkList
{
	SLLDataType data;
	struct SLinkList* next;
}SLLNode;

//打印
void SLListPrint(SLLNode* phead);
//尾插
void SLListPushBack(SLLNode** phead, SLLDataType x);
//尾删
void SLListPopBack(SLLNode** phead);
//头插
void SLListPushFront(SLLNode** phead, SLLDataType x);
//头删
void SLListPopFront(SLLNode** phead);
//查找
SLLNode* SLListFind(SLLNode* phead, SLLDataType x);
//pos前插
void SLListInsertFront(SLLNode** phead, SLLNode* pos, SLLDataType x);
//pos后插
void SLListInsertBack(SLLNode* pos, SLLDataType x);
//任意删
void SLListErase(SLLNode** phead, SLLNode* pos);

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2.SLIinkList.c

#include "SLinkList.h"
//打印
void SLListPrint(SLLNode* phead)
{
	SLLNode* cur = phead;
	while (cur != NULL)
	{
		printf("%d ", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("NULL");
}
//创建新节点
SLLNode* CreatNode(SLLDataType x)
{
	SLLNode* newnode = (SLLNode*)malloc(sizeof(SLLNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("CreatNode->malloc");
		exit(-1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	return newnode;
}
//尾插
void SLListPushBack(SLLNode** phead, SLLDataType x)
{
	assert(phead);
	SLLNode* newnode = CreatNode(x);
	if (*phead == NULL)
	{
		*phead = newnode;
	}
	else
	{
		//找尾
		SLLNode* tail = *phead;
		while (tail->next != NULL)
		{
			tail = tail->next;
		}
		tail->next = newnode;
	}
}
//头插
void SLListPushFront(SLLNode** phead, SLLDataType x)
{
	assert(phead);
	SLLNode* newnode = CreatNode(x);
	newnode->next = *phead;
	*phead = newnode;
}
//尾删
void SLListPopBack(SLLNode** phead)
{
	assert(phead);
	//空
	assert(*phead);
	//一个节点
	if ((*phead)->next == NULL)
	{
		free(*phead);
		*phead = NULL;
	}
	else//多个节点
	{
		//找尾
		SLLNode* tail = *phead;
		while (tail->next->next != NULL)
		{
			tail = tail->next;
		}
		free(tail->next);
		tail->next = NULL;
	}
}
//头删
void SLListPopFront(SLLNode** phead)
{
	assert(phead);
	//空
	assert(*phead);
	//非空
	SLLNode* tail = *phead;
	*phead = (*phead)->next;
	free(tail);
	tail = NULL;
}
//查找
SLLNode* SLListFind(SLLNode* phead, SLLDataType x)
{
	SLLNode* cur = phead;
	while (cur != NULL)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}
		else
		{
			cur = cur->next;
		}
	}
	return NULL;
}
//pos前插
void SLListInsertFront(SLLNode** phead, SLLNode* pos, SLLDataType x)
{
	assert(phead && *phead && pos);
	SLLNode* val = *phead;
	while (val->next != pos)
	{
		val = val->next;
	}
	SLLNode* newnode = CreatNode(x);
	val->next = newnode;
	newnode->next = pos;
}
//pos后插
void SLListInsertBack(SLLNode* pos, SLLDataType x)
{
	assert(pos);
	SLLNode* newnode = CreatNode(x);
	SLLNode* tmp = pos->next;
	newnode->next = tmp;
	pos->next = newnode;
}
//pos删
void SLListErase(SLLNode** phead, SLLNode* pos)
{
	assert(phead && *phead && pos);
	SLLNode* val = *phead;
	while (val->next != pos)
	{
		val = val->next;
	}
	val->next = val->next->next;
	free(pos);
	pos = NULL;
}
//销毁
void SLListDestroy(SLLNode** phead)
{
	while (*phead)
	{
		SLLNode* tmp = *phead;
		*phead = (*phead)->next;
		free(tmp);
	}
}

---

test.c

#include "SLinkList.h"
void test()
{
	SLLNode* ssl = NULL;
	SLListPushBack(&ssl, 1);
	SLListPushBack(&ssl, 2);
	SLListPushBack(&ssl, 3);
	SLListPushBack(&ssl, 4);
	SLListPrint(ssl);
	printf("\n");
	SLLNode* pos = SLListFind(ssl, 3);
	SLListErase(&ssl, pos);
	SLListPrint(ssl);
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}

测试代码仅为例子，小伙伴们可以根据自己的需求自由更改。

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六.总结

单链表基本知识的分享到这里就结束啦，博主到最后才发现这篇博客的字数竟然破万了！！！

其实大部分都是代码所占哈哈哈。

最后小伙伴们不要忘记一键三连哦！！！

我们下期再见啦！