数据结构预算法--链表（单链表，双向链表）

1.链表

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目录

1.链表

1.1链表的概念及结构

1.2 链表的分类

2.单链表的实现(不带哨兵位）

2.1接口函数

2.2函数的实现

3.双向链表的实现（带哨兵位）

3.1接口函数

3.2函数的实现

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1.1链表的概念及结构

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 。

现实中 数据结构中

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1.2 链表的分类

实际中链表的结构非常多样，以下情况组合起来就有8种链表结构：
1. 单向或者双向

 2. 带头或者不带头

3. 循环或者非循环

1. 无头单向非循环链表：结构简单，一般不会单独用来存数据。实际中更多是作为其他数据结构的子结构，如哈希桶、图的邻接表等等。另外这种结构在笔试面试中出现很多。
2. 带头双向循环链表：结构最复杂，一般用在单独存储数据。实际中使用的链表数据结构，都是带头双向循环链表。另外这个结构虽然结构复杂，但是使用代码实现以后会发现结构会带来很多优势，实现反而简单了，后面我们代码实现了就知道了。

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2.单链表的实现(不带哨兵位）

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2.1接口函数

// 1、无头+单向+非循环链表增删查改实现
typedef int SLTDateType;
typedef struct SListNode
{
	SLTDateType data;
	struct SListNode* next;
}SListNode;
// 动态申请一个结点
SListNode* BuySListNode(SLTDateType x);
// 单链表打印
void SListPrint(SListNode* plist);
// 单链表尾插
void SListPushBack(SListNode** pplist, SLTDateType x);
// 单链表的头插
void SListPushFront(SListNode** pplist, SLTDateType x);
// 单链表的尾删
void SListPopBack(SListNode** pplist);
// 单链表头删
void SListPopFront(SListNode** pplist);
// 单链表查找
SListNode* SListFind(SListNode* plist, SLTDateType x);
// 单链表在pos位置之后插入x
// 分析思考为什么不在pos位置之前插入？
void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLTDateType x);
// 单链表删除pos位置之后的值
// 分析思考为什么不删除pos位置？
void SListEraseAfter(SListNode* pos);
//销毁单链表
void SLTDestroy(SLNode** pphead);

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2.2函数的实现

1. 动态申请一个结点

SListNode* BuySListNode(SLTDateType x)
{
    SListNode* new = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode));
    if (new == NULL)
    {
        perror(malloc);
        exit(-1);
    }
    new->data =x;
    new->next = NULL;
    return new;
}

动态申链表，并给新malloc出的空间传值。

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2.单链表尾插

void SListPushBack(SListNode** pplist, SLTDateType x)
{
    assert(pphead);
    SListNode* newlist = BuySListNode(x);
    if (*pplist == NULL)
    {
        *pplist = newlist;
    }
    else {
        SListNode* tail = NULL;
        tail = *pplist;
        while (tail->next != NULL)
        {
            tail = tail->next;
        }
        tail->next = newlist;
    }
}

1. 创建一个新节点，并为其分配内存空间。 2. 将新节点的数据赋值为要插入的数据。 3. 将新节点的指针域（next）设置为NULL，表示它是链表的最后一个节点。 4. 如果链表为空，将头指针指向新节点；否则，找到链表的最后一个节点，将其指针域指向新节点。

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3.单链表的尾删

void SListPopBack(SListNode** pplist)
{
    assert(pphead);
    assert(*pplist);
    if ((*pplist)->next == NULL)
    {
        free(*pplist);
        *pplist = NULL;
    }
    else {
        SListNode* tail = *pplist;
        SListNode* prve = NULL;
        while (tail->next != NULL)
        {    
            prve = tail;
            tail = tail->next;
        }
        free(tail);
        tail = NULL;//不置空也没问题，出作用域自动销毁
        prve->next = NULL;
    }
    
}

1. 如果链表为空，直接返回空链表。 2. 如果链表只有一个节点，释放该节点的内存空间，并将头指针指向NULL。 3. 遍历链表，找到倒数第二个节点。 4. 将倒数第二个节点的指针域设置为NULL，表示它是链表的最后一个节点。 5. 释放最后一个节点的内存空间。

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3.单链表的头插

void SListPushFront(SListNode** pplist, SLTDateType x)
{
    assert(pphead);
    SListNode* newlist = BuySListNode(x);
    newlist->next = *pplist;
    *pplist = newlist; 
}

1. 创建一个新节点，并为其分配内存空间。 2. 将新节点的数据赋值为要插入的数据。 3. 将新节点的指针域指向当前的头节点。 4. 将头指针指向新节点。

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4.单链表头删

void SListPopFront(SListNode** pplist)
{
    assert(pphead);
    assert(*pplist);
    SListNode* tmp = (*pplist)->next;
    free(*pplist);
    *pplist = tmp;
}

1. 如果链表为空，直接返回空链表。 2. 将头指针指向第二个节点。 3. 释放第一个节点的内存空间。

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5.单链表查找

SListNode* SListFind(SListNode* plist, SLTDateType x)
{
    SListNode* find = plist;
    while (find != NULL)
    {
        if (find->data == x)
        {
            return find;
            break;
        }
        find = find->next;
    }
    return NULL;
}

1. 如果链表为空，返回NULL。 2. 遍历链表，逐个比较节点的数据与目标值。 3. 如果找到匹配的节点，返回该节点的指针；否则，返回NULL。

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6.在pos节点后插入

void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLTDateType x)
{
    assert(pphead);
	if (pos == NULL) {
		return;
	}

	SListNode* newlist = BuySListNode(x);
	newlist->next = pos->next;
	pos->next = newlist;
}

1.判断了指定位置是否为NULL，如果为NULL，则直接返回，不进行插入操作。2.我们创建一个新节点，并将新节点的数据赋值为要插入的数据。3.我们将新节点的指针域指向指定位置节点原来的下一个节点，然后将指定位置节点的指针域指向新节点，完成插入操作。

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7.删除pos节点后的值

void SListEraseAfter(SListNode* pos)
{
    assert(pphead);
	if (pos == NULL || pos->next == NULL) {
		return;
	}

	SListNode* temp = pos->next;
	pos->next = temp->next;
	free(temp);
}

1.判断了指定位置是否为NULL或者指定位置的下一个节点是否为NULL，如果是，则直接返回，不进行删除操作。2.我们创建一个临时指针temp，指向指定位置节点的下一个节点。3.我们将指定位置节点的指针域指向temp节点的下一个节点，然后释放temp节点的内存空间，完成删除操作。

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8.销毁单链表

void SLTDestroy(SLNode** pphead)
{
	assert(pphead);

	SLNode* cur = *pphead;
	while (cur)
	{
		SLNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}

	*pphead = NULL;
}

先保存下一个的地址，在销毁当前节点。

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9.分析思考为什么不在pos位置之前插入？为什么不删除pos位置？

        这是因为单链表的节点只有一个指针指向下一个节点，没有指向前一个节点的指针。那该如何解决呢？请看后面双向链表的实现。        

3.双向链表的实现（带哨兵位）

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3.1接口函数

#pragma once
#include
#include
#include

typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
	struct ListNode* next;
	struct ListNode* prev;
	LTDataType data;
}LTNode;

LTNode* BuyLTNode(LTDataType x);
LTNode* LTInit();
void LTPrint(LTNode* phead);
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);
void LTPopBack(LTNode* phead);

void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);
void LTPopFront(LTNode* phead);

int LTSize(LTNode* phead);

LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);

// pos֮ǰx
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);
// ɾposλ
void LTErase(LTNode* pos);

3.2函数的实现

        我们可以注意到，在单链表和双线链表出参的不同，单链表传的是二级指针，而双向链表传的是一级指针。实际上这是有无哨兵位造成的，当没有哨兵位时，我们需要用二级指针去保存链表第一个节点的地址，此时改变的是结构体的指针，因此需要用结构体的二级指针，而带哨兵位，我们只需要改变哨兵位后面的节点（结构体），此时改变的是结构体，因此只需要用结构体的一级指针。

        双向链表相较于单链表实际上就多了头指针域，这样就能找到当前节点的上一个节点，也就是可以轻松的做到在任意节点前插入。双向链表做到了“首尾呼应”，自然为节点不用指向NULL。

这样很多操作就变的简单，快捷，高效。

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1.动态申请一个结点

LTNode* BuyLTNode(LTDataType x)
{
	LTNode* node = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (node == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}

	node->data = x;
	node->next = NULL;
	node->prev = NULL;

	return node;
}

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2.头节点（哨兵位）的初始化

LTNode* LTInit()
{
	LTNode* phead = BuyLTNode(0);
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;

	return phead;
}

      

         这里涉及到改变结构体的值的操作，当然也可以写成接收二级指针的形式，档期当前的方式当然也是可行的。这里的操作就是对哨兵位的初始化，我们可以看到，我们将头节点的前，后指针域都指向了自己，这样就保持了循环的效果。

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  3.双向链表尾插 

void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);

	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* newnode = BuyLTNode(x);

	newnode->prev = tail;
	tail->next = newnode;

	newnode->next = phead;
	phead->prev = newnode;
}

       

        双向链表要实现尾删是非常便捷的，不用循环找到尾节点，因为头节点的前指针域就指向了尾节点，所以我们只需要一步就能找到尾了。然后我们只需尾节点 指向新节点，然后让新节点指向尾节点，之后再让新节点指向头节点，最后让头节点指向新节点就好了。

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4.尾删

void LTPopBack(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);

	LTNode* tail = phead->prev;
	LTNode* tailPrev = tail->prev;
	free(tail);

	tailPrev->next = phead;
	phead->prev = tailPrev;

	
}

        要删除尾节点，首先要找到尾节点和尾节点的前一个节点，然后释放掉尾节点，让新的尾节点指向头，再让头指向尾。

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5.打印双向链表

void LTPrint(LTNode* phead)
{
	assert(phead);
    assert(phead->next!=phead);
	printf("phead<=>");
	LTNode* cur = phead->next;
	while (cur != phead)
	{
		printf("%d<=>", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}

       

        当我们打印双向链表时，只存在头节点就不要打印了，所以我们可以加上第二句断言。

打印的时候我们从头节点的下一个节点开始打印，最后走一圈遍历到头的时候就停止打印。

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        这里我就省略头插，头删，求节点个数和查找了，因为操作大同小异，十分简单，最后会奉上完整代码。

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6.pos节点前插入

void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);

	LTNode* posPrev = pos->prev;
	LTNode* newnode = BuyLTNode(x);

	posPrev->next = newnode;
	newnode->prev = posPrev;
	newnode->next = pos;
	pos->prev = newnode;
}

        想要在pos节点的前面插入，那么只需要找到pos节点和pos节点前面的节点就可以了，找pos节点我们可以配合查找函数来使用，找到想要的pos节点就可以了。

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7.删除pos节点

void LTErase(LTNode* pos)
{
	assert(pos);
	LTNode* posPrev = pos->prev;
	LTNode* posNext = pos->next;

	free(pos);

	posPrev->next = posNext;
	posNext->prev = posPrev;
}

想要删除pos节点，只需要找到pos节点的前一个和pos节点的后一个，free掉pos节点，然后让pos节点的前一个和pos节点的后一个连接就好了。

        这就是链表的全部内容了，希望对各位老铁有帮助，接下来我会更新链表的OJ题目，希望各位老铁，多多支持！！！