数据结构之单链表（C语言）
数据结构之单链表（C语言）
- 1 链表的概念
- 2 节点创建函数与链表打印函数
-
- 2.1 节点创建函数
- 2.2 链表打印函数
- 3 单链表尾插法与头插法
-
- 3.1 尾插函数
- 3.2 头插函数
- 4 单链表尾删法与头删法
-
- 4.1 尾删函数
- 4.2 头删函数
- 5 指定位置的插入与删除
-
- 5.1 在指定位置之前插入数据
- 5.2 在指定位置之后插入数据
- 5.3 删除指定位置节点
- 5.4 删除指定位置之后节点
- 6 链表数据的查找与链表的销毁
-
- 6.1 链表数据的查找
- 6.2 链表的销毁
- 7 单链表全程序及演示结果
-
- 7.1 SList.h 文件
- 7.2 SList.c 文件
- 7.3 SList_test.c 文件
1 链表的概念
链表是线性表的一种，其物理存储结构上是非连续、非顺序的存储结构，数据元素的逻辑存储结构是通过链表中指针链接次序实现的。即链表中：
（1）物理结构：不是线性的
（2）逻辑结构：一定是线性的
链表是由一个一个节点（结点）构成的，可以类比春运前与春运后火车的车厢数量，每一个车厢都可看作是一个节点，春运时就增加车厢数（节点数）来运送更多乘客（存储更多数据），非春运时就减少车厢数，可保证基本运作即可。
单链表中每一个节点是由两部分组成，第一是该节点所要存储的数据，第二是该节点所指向的下一个节点的指针（地址）。
具体代码如下：
typedef int SLTDataType;
typedef struct SListNode
{
SLTDataType data;
struct SListNode* next;//指向下一节点指针
//在指向下一节点指针这里，它的类型要用重命名前的结构体类型
}SLTNode;
注意，在指向下一节点指针这里，它的类型之所以不能使用重命名后的结构体类型SLTNode是因为在系统读取到该行时还没完成重命名的操作，故只能使用重命名前的名称struct SListNode来定义类型。
2 节点创建函数与链表打印函数
2.1 节点创建函数
在上面我们只是定义了节点的结构，但并没有真正创建节点。故我们自定义一个函数来完成这部分操作。既然要创建节点，那么就需要申请空间，因为此时不同于数组扩容，链表的物理结构并不是连续的，而是可以通过指针将每一个碎片化的节点连接起来，所以直接使用malloc来进行空间申请即可。这一部分与顺序表中的空间检查函数很相似。
//节点创建函数
SLTNode* SLTBuyNode(SLTDataType x)//形参部分为data要初始化的值
//下一节点部分也不知道指向哪里，先置为NULL即可
{
SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));//malloc申请单链表节点空间
if (newnode == NULL)//如果申请失败，跳出函数
{
perror("malloc fail !");
exit(1);
}
//申请成功则进行对应的初始化
newnode->data = x;
newnode->next = NULL;//指向下一节点部分置为空
return newnode;//将创建的节点作为返回值返回到调用处
}
2.2 链表打印函数
在上文中我们已知，链表是靠指针来完成次序的连接，其无法做到任意访问，而是必须先访问前一个节点后再去访问后一个节点。比如，我们将第一个节点所对应的节点地址设为phead，那么下一个节点就是phead->next，再后面一个节点为phead->next->next，以此类推。
在上面的那种访问方式中，当我们要访问第n个节点时，phead后面会跟（n-1）个next。如此就显得非常冗余，所以我们可以另辟蹊径，用一个临时节点来做为过度节点（我们设为pcur），将链表的头节点赋值给pcur，然后通过循环让pcur不断指向后面的next完成对链表的遍历。实现如下：
SLTPrint(SLTNode* phead)
{
SLTNode* pcur = phead;
//通过一个过渡节点的嫁接转换完成对链表的遍历访问
while (pcur)//等价于pcur != NULL
{
printf("%d->", pcur->data);
pcur = pcur->next;
}
//如果传过来的本来就是空节点，那么就无法进入循环，打印为空
printf("NULL\n");
}
3 单链表尾插法与头插法
3.1 尾插函数
在原链表之尾插入一个新的节点，首先我们要调用节点创建函数建立一个新的节点，然后对原链表进行遍历找尾，最后将尾节点的next指向新创建的节点即可。
请审读下面尾插函数，分析其是否存在问题。
SLTNode* PushBack(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{
//判断传参是否为空
assert(phead);
//创建要尾插的节点
SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
//找尾
SLTNode* ptail = phead;
//思考此处循环判断条件应该是什么
while (ptail->next)
//若将ptail != NULL 设置为条件，当循环到尾节点时，此时不为空，会继续到后面的空节点，而此时这个空节点就不是链表的尾节点了。
//故应设置为ptail->next != NULL，当循环到尾节点时，ptail->next == NULL 跳出循环，然后再将ptail->next赋值为newnode即完成尾插。
{
ptail = ptail->next;//没找到尾节点就不断向后遍历
}
ptail->next = newnode;
}
上面尾插程序看似十分完美，其实存在两点严重的问题：
- 当链表为空链表时，
phead与ptail都会成为空指针NULL，那么在while中的条件判断就成为了对空指针解引用的非法访问。 - 在尾插函数中，我们想通过修改形参中的链表来完成实参中链表的修改，那么在形参中可以用一级指针接收传参吗？用一级指针接收传参可以保证实参改变吗？
我们先来解决第一个问题，既然有空链表的这种情况，那么就使用一个条件分支来区别二者（空链表与非空链表）。
void PushBack(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{
//判断传参是否为空
assert(phead);
//创建要尾插的节点
SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
//空链表与非空链表区分
if (phead == NULL)
{
phead = newnode;
}
else
{
//找尾
SLTNode* ptail = phead;
//思考此处循环判断条件应该是什么
while (ptail->next)
//若将ptail != NULL 设置为条件，当循环到尾节点时，此时不为空，会继续到后面的空节点，而此时这个空节点就不是链表的尾节点了。
//故应设置为ptail->next != NULL，当循环到尾节点时，ptail->next == NULL 跳出循环，然后再将ptail->next赋值为newnode即完成尾插。
{
ptail = ptail->next;//没找到尾节点就不断向后遍历
}
ptail->next = newnode;
}
}
然后我们再来解决第二个问题，形参如果想要影响实参的内容，我们传参时就要传地址而不是传数值（即使用传址调用）。测试文件中内容如下：
void Test01()
{
SLTNode* plist = NULL;
SLTDataType x = 1;
PushBack(plist, x);
SLTPrint(plist);
}
int main()
{
Test01();
return 0;
}
在传参时我们是将plist作为实参，而plist是一个一级指针，其存储的是后面的空地址NULL。所以在传参时phead所接收的是plist所指向的NULL，属于传值调用。在前面函数已经讲过，传值调用时函数会在栈区开创栈帧空间来存储形参及函数内参数，也就是在栈帧空间内某一块空间被置为NULL，然后再由phead来存储。此时无论phead怎么改变，都与原来的plist毫无关系了，形参也就无法影响实参了。
所以在传参时我们不能传plist（等于传值），而是要传plist的地址（&plist）。相应的，因为传递的是一级指针的地址，所以在形参部分接收头节点的形参要使用二级指针（我们将其命名为pphead）。
最终尾插函数如下：
void PushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
//判断传参是否为空
assert(pphead);
//创建要尾插的节点
SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
//空链表与非空链表区分
if (*pphead == NULL)//等同于原来 phead == NULL。也等同于plist == NULL
{
*pphead = newnode;//等同于原来的phead == newnode。也等同于plist == newnode
}
else
{
//找尾
SLTNode* ptail = *pphead;
//思考此处循环判断条件应该是什么
while (ptail->next)
//若将ptail != NULL 设置为条件，当循环到尾节点时，此时不为空，会继续到后面的空节点，而此时这个空节点就不是链表的尾节点了。
//故应设置为ptail->next != NULL，当循环到尾节点时，ptail->next == NULL 跳出循环，然后再将ptail->next赋值为newnode即完成尾插。
{
ptail = ptail->next;//没找到尾节点就不断向后遍历
}
ptail->next = newnode;
}
}
在经过上面修改后，传参时一级指针的地址&plist作为实参，形参处的二级指针pphead来接收实参，形参实例化后开创栈帧来存储一级指针地址&plist，后续我们对pphead解引用操作时（*pphead），操作的就是测试文件中的一级指针plist，完成形参改变实参的操作。
3.2 头插函数
在原链表之头插入一个节点，我们在调用节点创建函数后只需要将新节点newnode->next赋值为存储链表头节点地址的一级指针plist，然后再将一级指针newnode赋值给plist就完成了头节点的转换。
具体如下：
void PushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
//判断传参是否为空
assert(pphead);
//创建要尾插的节点
SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
//进行头插
newnode->next = *pphead;//将新节点next指向原头节点的地址
*pphead = newnode;//将原头节点的地址更改为新节点的地址
}
4 单链表尾删法与头删法
4.1 尾删函数
我们先来思考一下，能否从头遍历链表后直接free掉尾节点？
答案肯定是不能的。链表的每一节点间都通过next指针相连，若直接free掉尾节点，那么尾节点前面一个节点的next指针就会指向一块未初始化的空间，成为野指针。所以我们需要定义两个指针，一个是尾节点ptail，另一个是尾节点前面一个节点prev，free掉尾节点后，将ptail置为NULL，再将prev->next置为NULL。
void PopBack(SLTNode** pphead)
{
//不仅要判断参数是否为空，还要判断是否为空链表。
assert(pphead && *pphead);
//定义需要使用的两个节点指针
SLTNode* prev = *pphead;
SLTNode* ptail = *pphead;
//遍历单链表找尾
while (ptail->next)
{
//寻找尾节点和其前一个节点
prev = ptail;
ptail = ptail->next;
}
free(ptail);
//释放空间后将两处置为NULL
ptail = NULL;
prev->next = NULL;
}
在上面的逻辑中，情况是否全面不妨和前面一样，使用极端情况来检验。空链表的情况下会被assert断言发现，故被排除。那在只有一个节点时呢？因为ptail->next为空，故不进入循环。直接free并置为NULL，所以ptail与prev都为NULL。但是后面prev->next却又对空指针进行了非法访问，造成出错。故应在逻辑中分为链表只有一个节点和有多个节点。一个节点时直接free并置空，多个节点使在执行上面程序。
最终程序如下：
void PopBack(SLTNode** pphead)//与前面一样，为了形参能改变实参，使用二级指针来接收头节点指针地址
{
//不仅要判断参数是否为空，还要判断是否为空链表。
assert(pphead && *pphead);
//定义需要使用的两个节点指针
SLTNode* prev = *pphead;
SLTNode* ptail = *pphead;
//链表有一个节点
if ((*pphead)->next == NULL)// -> 优先级高于 *
{
free(*pphead);
*pphead = NULL;
}
//链表有多个节点
else
{
//遍历单链表找尾
while (ptail->next)
{
//寻找尾节点和其前一个节点
prev = ptail;
ptail = ptail->next;
}
free(ptail);
//释放空间后将两处置为NULL
ptail = NULL;
prev->next = NULL;
}
}
4.2 头删函数
删掉单链表头节点只需要将头节点的next指针指向地址保留下来，释放头节点空间，然后将方才保留的地址转换为头节点地址即可。
void PopFront(SLTNode** pphead)
{
//不仅要判断参数是否为空，还要判断是否为空链表。
assert(pphead && *pphead);
//保留头节点next节点指针
SLTNode* next = (*pphead)->next;
free(*pphead);
//将保留的节点指针作为头节点指针，完成头节点转换
*pphead = next;
}
5 指定位置的插入与删除
5.1 在指定位置之前插入数据
在指定位置之前插入数据，首先我们思考一下，指定位置若是头节点，此时其就是头插法插入（特殊情况）。除此之外，我们若在指定位置之前直接插入新节点，那么指定位置之前原来的节点就会与pos节点断开。所以我们需要找到前一个节点地址，将前一个节点next指针指向newnode，newnode->next指向pos节点，如此完成连接。
具体见下：
void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
//双判空
assert(pphead && *pphead);
//插入值判空
assert(pos);
SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
//若 pos == *pphead ，说明是头插
if (pos == *pphead)
{
PushFront(pphead, x);
}
else
//非头插，将前一个节点prev与newnode连接，newnode与pos连接
{
SLTNode* prev = *pphead;
//寻找pos前一个节点
while (prev->next != pos)
{
prev = prev->next;
}
//节点连接
newnode->next = pos;
prev->next = newnode;
}
}
5.2 在指定位置之后插入数据
在指定位置之后插入数据我们通过前文的讲述，自然会先考虑到尾插的情况，在pos 在尾节点时，pos->next == NULL，我们将pos->next直接赋值给newnode->next，然后将pos与newnode连接即可（pos->next==newnode）。在尾插情况之外，通过上面的连接操作同样可以完成插入数据，故不需要使用条件分支。
具体见下：
void SLTInsertAfter(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
//双重判空
assert(pphead && *pphead);
assert(pos);
SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
//进行插入操作
//将pos节点的下一个节点地址赋值给新节点 newnode 的 next 指针
newnode->next = pos->next;
//将pos节点的next指针指向新节点newnode
pos->next = newnode;
}
5.3 删除指定位置节点
在pos节点为头结点，此时删除操作符合头删法，即调用头删函数即可。除此情况之外，我们需要将pos前一个节点与后一个节点连接后再释放pos节点。
具体见下：
//删除指定位置pos节点
void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
assert(pphead && *pphead);
assert(pos);
//若 pos == *pphead，此时就是头删法删除
if (pos == *pphead)
{
PopFront(pos);
}
else
//删除指定位置节点需要我们将pos之前与pos之后的节点连接起来
{
SLTNode* prev = *pphead;
//寻找pos前一个节点
while (prev->next != pos)
{
prev = prev->next;
}
prev->next = pos->next;
free(pos);
pos = NULL;
}
}
5.4 删除指定位置之后节点
与前面操作如出一辙，我们将pos与其后两个节点连接，最后再释放pos后一个节点置空即可。但在此处我们需要考虑pos是不是尾节点，即pos->next是否等于NULL。
具体见下：
void SLTEraseAfter(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
assert(pphead && *pphead);
//判断传参 pos 是否为空以及 pos 是不是最后一个节点
assert(pos && pos->next);
//先将pos之后的节点用del存储下来
SLTNode* del = pos->next;
//将pos与pos后第二个节点连接起来
pos->next = del->next;//pos->next = pos->next->next
free(del);
del = NULL;
}
6 链表数据的查找与链表的销毁
6.1 链表数据的查找
与顺序表的查找如出一辙，对整个链表遍历即可。找到就返回该节点，没找到就返回NULL。
SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{
SLTNode* pcur = phead;
//查找节点
while (pcur)
{
//找到节点直接返回
if (pcur->data == x)
{
return pcur;
}
//没找到向后遍历
pcur = pcur->next;
}
//遍历后不存在，返回空表示没找到
return NULL;
}
6.2 链表的销毁
在对链表每个节点释放之前，我们需要先保留该节点的next指针的指向，从而能够销毁后续节点。
void SLTDestroy(SLTNode** pphead)
{
assert(pphead && *pphead);
SLTNode* pcur = *pphead;
while (pcur)
{
//定义 next节点以保留pcur->next的指向
SLTNode* next = pcur->next;
free(pcur);
//将保留的next节点赋值给pcur，进而下一循环销毁后续节点
pcur = next;
}
//全部销毁后将链表置为空
*pphead = NULL;
}
7 单链表全程序及演示结果
7.1 SList.h 文件
#pragma once
#include7.2 SList.c 文件
#include"SList.h"
//节点创建函数
SLTNode* SLTBuyNode(SLTDataType x)//形参部分为data要初始化的值
//下一节点部分也不知道指向哪里，先置为NULL即可
{
SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));//malloc申请单链表节点空间
if (newnode == NULL)//如果申请失败，跳出函数
{
perror("malloc fail !");
exit(1);
}
//申请成功则进行对应的初始化
newnode->data = x;
newnode->next = NULL;//指向下一节点部分置为空
return newnode;//将创建的节点作为返回值返回到调用处
}
//链表的打印
void SLTPrint(SLTNode* phead)
{
SLTNode* pcur = phead;
//通过一个过渡节点的嫁接转换完成对链表的遍历访问
while (pcur)//等价于pcur != NULL
{
printf("%d->", pcur->data);
pcur = pcur->next;
}
//如果传过来的本来就是空节点，那么就无法进入循环，打印为空
printf("NULL\n");
}
//链表的尾插法
void PushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
//判断传参是否为空
assert(pphead);
//创建要尾插的节点
SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
//空链表与非空链表区分
if (*pphead == NULL)
{
*pphead = newnode;
}
else
{
//找尾
SLTNode* ptail = *pphead;
//思考此处循环判断条件应该是什么
while (ptail->next)
//若将ptail != NULL 设置为条件，当循环到尾节点时，此时不为空，会继续到后面的空节点，而此时这个空节点就不是链表的尾节点了。
//故应设置为ptail->next != NULL，当循环到尾节点时，ptail->next == NULL 跳出循环，然后再将ptail->next赋值为newnode即完成尾插。
{
ptail = ptail->next;//没找到尾节点就不断向后遍历
}
ptail->next = newnode;
}
}
//链表的头插法
void PushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
//判断传参是否为空
assert(pphead);
//创建要尾插的节点
SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
//进行头插
newnode->next = *pphead;//将新节点next指向原头节点的地址
*pphead = newnode;//将原头节点的地址更改为新节点的地址
}
//链表的尾删法
void PopBack(SLTNode** pphead)
{
//不仅要判断参数是否为空，还要判断是否为空链表。
assert(pphead && *pphead);
//定义需要使用的两个节点指针
SLTNode* prev = *pphead;
SLTNode* ptail = *pphead;
//链表有一个节点
if ((*pphead)->next == NULL)
{
free(*pphead);
*pphead = NULL;
}
//链表有多个节点
else
{
//遍历单链表找尾
while (ptail->next)
{
//寻找尾节点和其前一个节点
prev = ptail;
ptail = ptail->next;
}
free(ptail);
//释放空间后将两处置为NULL
ptail = NULL;
prev->next = NULL;
}
}
//链表的头删法
void PopFront(SLTNode** pphead)
{
//不仅要判断参数是否为空，还要判断是否为空链表。
assert(pphead && *pphead);
//保留头节点next节点指针
SLTNode* next = (*pphead)->next;
free(*pphead);
//将保留的节点指针作为头节点指针，完成头节点转换
*pphead = next;
}
//在指定位置之前插入数据
void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
//双判空
assert(pphead && *pphead);
//插入值判空
assert(pos);
SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
//若 pos == *pphead ，说明是头插
if (pos == *pphead)
{
PushFront(pphead, x);
}
else
{
SLTNode* prev = *pphead;
while (prev->next != pos)
{
prev = prev->next;
}
newnode->next = pos;
prev->next = newnode;
}
}
//在指定位置之后插入数据
void SLTInsertAfter(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
//双重判空
assert(pphead && *pphead);
assert(pos);
SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
//进行插入操作
//将pos节点的下一个节点地址赋值给新节点 newnode 的 next 指针
newnode->next = pos->next;
//将pos节点的next指针指向新节点newnode
pos->next = newnode;
}
//删除指定位置pos节点
void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
assert(pphead && *pphead);
assert(pos);
//若 pos == *pphead，此时就是头删法删除
if (pos == *pphead)
{
PopFront(pos);
}
else
//删除指定位置节点需要我们将pos之前与pos之后的节点连接起来
{
SLTNode* prev = *pphead;
//寻找pos前一个节点
while (prev->next != pos)
{
prev = prev->next;
}
prev->next = pos->next;
free(pos);
pos = NULL;
}
}
//删除指定位置之后的节点
void SLTEraseAfter(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
assert(pphead && *pphead);
//判断传参 pos 是否为空以及 pos 是不是最后一个节点
assert(pos && pos->next);
//先将pos之后的节点用del存储下来
SLTNode* del = pos->next;
//将pos与pos后第二个节点连接起来
pos->next = del->next;//pos->next = pos->next->next
free(del);
del = NULL;
}
//销毁链表
void SLTDestroy(SLTNode** pphead)
{
assert(pphead && *pphead);
SLTNode* pcur = *pphead;
while (pcur)
{
//定义 next节点以保留pcur->next的指向
SLTNode* next = pcur->next;
free(pcur);
//将保留的next节点赋值给pcur，进而下一循环销毁后续节点
pcur = next;
}
//全部销毁后将链表置为空
*pphead = NULL;
}
//链表的查找
SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{
SLTNode* pcur = phead;
//查找节点
while (pcur)
{
//找到节点直接返回
if (pcur->data == x)
{
return pcur;
}
//没找到向后遍历
pcur = pcur->next;
}
//遍历后不存在，返回空表示没找到
return NULL;
}
7.3 SList_test.c 文件
#include"SList.h"
void Test01()
{
SLTNode* plist = NULL;
SLTDataType x = 1;
PushBack(&plist, x);
PushBack(&plist, 2);
PushBack(&plist, 3);
PushBack(&plist, 4);
PushBack(&plist, 5);
SLTPrint(plist);
SLTNode* find = SLTFind(plist, 3);
if (find == NULL)
{
printf("没有找到！\n");
}
else
{
printf("找到了！\n");
}
}
int main()
{
Test01();
return 0;
}
运行结果：
全文至此结束！！！
写作不易，不知各位老板能否给个一键三连或是一个免费的赞呢(▽)(▽)，这将是对我最大的肯定与支持！！！谢谢！！！(▽)(▽)