【数据结构】链表详解

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前言

在前面我们已经学习过了有关顺序表的知识，但是我们知道顺序表是存在着一些问题的

问题：

1. 中间/头部的插入删除，时间复杂度为O(N)
2. 增容需要申请新空间，拷贝数据，释放旧空间。会有不小的消耗。
3. 增容一般是呈2倍的增长，势必会有一定的空间浪费。例如当前容量为100，满了以后增容到200，我们再继续插入了5个数据，后面没有数据插入了，那么就浪费了95个数据空间。

所以我们能不能寻求其他的解决方案？

1. 不扩容
2. 按需申请释放
3. 解决头部或者中间插入删除需要挪动数据的问题

顺序表的一切根源就是一块连续的空间，那我们能不能用不连续的空间存储数据呢？

这个时候就要用到我们的链表了。

一.链表

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。

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. 单向的或双向的
   
2. 带头或者不带头
   
3. 循环或者非循环
   

虽然有这么多的链表的结构，但是我们实际中最常用还是两种结构：

1. 无头单向非循环链表
   
2. 带头双向循环链表
   

• 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。
• 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。

二.单链表的特征

单链表中，每一个节点存储一个数据和指向下一个节点的指针，最后一个节点指向NULL。

• 当我们需要进行头插头删等操作时，需要改变头指针的地址，就需要传入二级指针。
• 当我们想要修改某个结构体变量，（结构体的 next 或者结构体的 data) 时，我们需要传结构体的地址，就需要一级指针。

2.1单链表的优缺点

优点：

• 单链表增加删除节点简单，遍历的时候不会死循环。
• 逐个申请、释放空间，没有空间浪费。

缺点：

• 只能从头到尾遍历。只能找到后继，不能找到前驱，也就是只能前进。

三.SList.h

#include
#include
#include
typedef int SLTDataType;

typedef struct SListNode
{
	SLTDataType data;
	struct SListNode* next;
}SLTNode;

void SLTprint(SLTNode* phead);//打印

void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x);//前插

SLTNode* BuyTNode(SLTDataType x);//malloc一个新节点

void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x);//尾插

void SLTPopBack(SLTNode** pphead);//尾删

void SLTPopFront(SLTNode** pphead);//头删

SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x);//查找某个节点

void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x);//在pos指针处插入元素
void SLTInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x);//在pos指针后插入元素

void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos);//删除pos指针指向的节点
void SLTEraseAfter(SLTNode* pos);//删除pos指针后一个节点

void SLTDestroy(SLTNode* phead);//删除列表，释放maollc的节点

四.SList.c

4.1单链表的打印

遍历一遍链表打印即可

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

	printf("NULL\n");
}

4.2malloc一个新节点

SLTNode* BuyTNode(SLTDataType x)
{
	SLTNode* node = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	if (node == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return 0;
	}
	node->data = x;
	node->next = NULL;
	return node;
}

4.3单链表的销毁

迭代释放链表节点

void SLDestroy(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead);
	SLTNode* cur = *pphead;
	while (cur)
	{
		SLTNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	*pphead = NULL;
}

4.4单链表的头插头删

单链表的优势就是头插头删
对于头删，我们要断言二级指针指向的一级指针是否为空。若为空说明该链表没有元素，assert会报错。

void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
	SLTNode* newnode = BuyTNode(x);
	newnode->next = *pphead;
	*pphead = newnode;
}
void SLTPopFront(SLTNode** pphead)
{
	assert(*pphead);
	SLTNode* tail = *pphead;
	*pphead = tail->next;
	free(tail);
}

4.5单链表的尾插尾删

尾插时，需要分类讨论链表是否为空的情况

尾删时，同样需要链表是否为空。同样需要分开讨论仅剩一个头节点或剩余多个节点的情况。若只剩一个节点，删除后将头指针置 NULL 。若剩余多个节点，则删除最后一个节点后将尾节点的 next 置 NULL 。

void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
	SLTNode* newnode = BuyTNode(x);
	if (*pphead == NULL)
	{
		*pphead = newnode;
		return;
	}
	else
	{
		SLTNode* tail = *pphead;
		while ((tail->next) != NULL)
		{
			tail = tail->next;
		}
		tail->next = newnode;
	}
}

void SLTPopBack(SLTNode** pphead)
{
	assert(*pphead);
	SLTNode* tail = *pphead;
	if (tail->next == NULL)
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
		return;
	}
	while (tail->next->next != NULL)
	{
		tail = tail->next;
	}
	free(tail->next);
	tail->next = NULL;
}

4.6单链表的查找（修改）

遍历一遍链表，查找到返回结构体的指针，反之返回NULL
因为已经找到了结构体的指针，所以可以直接修改结构体的变量

查找函数是要配合下面的pos节点插入、删除函数使用的

SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{
	SLTNode* cur = phead;
	while (cur)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}
		else
		{
			cur = cur->next;
		}
	}
	return NULL;
}

4.7在pos前插入、删除节点

注意要分类讨论 pos 是否为头节点
此接口不常用，因为单链表的前一个节点不好找，算法效率低

void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pos);
	if (*pphead == pos)
	{
		SLTPushFront(pphead, x);
		return;
	}
	SLTNode* cur = *pphead;
	while (cur)
	{
		if (cur->next == pos)
		{
			SLTNode* newnode = BuyTNode(x);
			newnode->next = cur->next;
			cur->next = newnode;
			return;
		}
		else
			cur = cur->next;
	}
}
void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
	assert(pos);
	SLTNode* cur = *pphead;
	if (*pphead == pos)
	{
		SLTPopFront(pphead);
		//*pphead = cur->next;
		//free(cur);
		return;
	}
	while (cur)
	{
		if (cur->next == pos)
		{
			cur->next = pos->next;
			free(pos);
			return;
		}
		else
			cur = cur->next;
	}
}

4.8在pos后插入、删除节点

void SLTInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pos);


	SLTNode* newnode = BuyTNode( x);
	newnode->next = pos->next;
	pos->next = newnode;		
}
void SLTEraseAfter(SLTNode* pos)
{
	assert(pos);
	SLTNode* cur = pos->next;
	pos->next = cur->next;
	free(cur);
}

5.结尾

这些就是我给大家分享的关于链表的知识啦，希望我们都能有所收获!
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