带你玩转数据结构-单链表(适合初学者的文章,讲解的很仔细哦)

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🍉本篇简介:>:讲解数据结构中链表的知识,;链表的分类,c语言实现单链表常见接口等.
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目录

一、链表介绍

顺序表缺点：

1. 中间/头部的插入删除，时间复杂度为O(N),因为需要移动数据.
2. 增容需要申请新空间，特别是异地扩容,拷贝数据，释放旧空间。消耗不小。
3. 增容不是一次增容到位,而是每次增容后判断是否符合要求，并且增容一般是2倍增容,一次次扩容消耗太大.
4. 除此之外,还可能有一定的空间浪费。 例如:当前容量为200，如果有201个待插入数据,势必要增容到400(原来容量的两倍),这样就浪费了199个空间.

我们不妨来看一下链表的存储结构.

链表的概念:
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.也是属于线性表的一种.

🌰栗子
单链表的结点声明:

typedefint DateType;typedefstructSListN0de{
    DateType Date;//数据域structSListN0de* next;//指针域}SLTNode;

结点:

1.1 链表结构图:

通过上图我们不难知道:

1. 链表在逻辑上是连续的(next指针,指向下一个结点,链接在一起),而物理上可能连续,也可能不连续.
2. 链表是由一个个结点链接在一起组成的,每个结点其实是malloc在堆区上申请的,所以地址可能连续,也可能不连续.

1.2 链表分类(图解分析)

共有八种链表,我们主要学习不带头单向链表与带头双向链表,学会这两种,其它的大同小异,写起来并不苦难.

单向、双向:

不带头、带头:

带头与不带头的区别在于:
带头:链表是通过一个特殊的结点—头结点指向链表的第一个有效结点.
不带头:通过结点指针指向链表的第一个有效结点.

头结点作用:传送门

不须换、循环:

重点掌握:

1. 无头单向非循环链表(本篇重点)：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,因为单链表不能回头,可以考察的地方很多.
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。这种结构的链表虽然结构复杂,但是优势也很明显,并且实现起来反而很简单.后续跟着学到了就可以理解了.

二、单链表实现:

2.1 链表的"结点"声明:

typedefint DateType;typedefstructSListN0de{
    DateType Date;//数据域structSListN0de* next;//指针域}SLTNode;

单链表初始化:
单链表是不需要初始化操作的,只需要创建一个结点指针就行.初始状态:指针指向

NULL

.

头指针:

SLTNode* plist=NULL;

2.2 "插入"元素操作.

我们需要插入数据时,只需要申请一个结点,将数据放入结点,然后将结点链接起来就行.

单链表的"尾插":

单链表的尾插步骤:

1. 找尾: 由于单链表的结点之间不一定是连续存储的,不支持向顺序表那样的随机访问,需要通过遍历才能找到目标结点.
2. 将最后一个结点的next指向新节点.

图解:

那如果链表本身就是空链表呢?
此时需要修改头指针,将头指针指向这个新节点.

注意:

1. 需要传二级指针: 这点很重要,因为需要修改头指针,而头指针的类型是:SLTNode*,相信友友们学到这里应该知道,如果想要在函数中形参的改变影响实参,则需要传址调用,通过地址来影响实参. 那么,指针的地址是?二级指针相信友友们应该没有忘记.😂😂😂
2. 断言,这里需要灵活断言.

"尾插"函数声明:

voidPushBack(SLTNode** pphead, DateType x)

pphead需要断言:
pphead是指向 *pphead(一级指针/头指针)的指针,即值存储的是头指针的地址,只要头指针存在,则不为空.而头指针一定存在.

phead*不能断言:
*phead是头指针,头指针在链表为空时,头指针的值是NULL,所以不能断言.
链表中有数据时,指向第一个结点,值是第一个结点的地址.

1. 头指针是很重要的一个指针,我们都是通过头指针找到链表的,所以,除了头插需要修改头指针以外,其他插入都不能修改头指针,所以我们需要创建一个临时指针:SLTNode*tail = *pphead代替头指针找尾.

代码:

voidPushBack(SLTNode** pphead, DateType x){assert(pphead);//如果头指针的地址为NULL,则报错.
    SLTNode*tail =*pphead;//创建一个指针代替头指针遍历
    SLTNode* newnode =BuyNode(x);//*pphead代表代表头指针,phead表示头指针的地址//如果*pphead指向NULL,说明为空链表if(*pphead ==NULL){//这里可以使用tail代替*phead吗?//不能,因为这里要改变的是,头结点的指针,需要用二级指针(解引用)来改变*pphead = newnode;//空链表是将头指针指向新节点}else{//找尾巴,画图解析//这里可以使用tail,是因为,要改变的是结构体的内容,只需要用结构体指针(解引用)就行while( tail->next !=NULL)//如果该节点的下一个节点是空指针则停止循环{
            tail = tail->next;}
        tail->next = newnode;//让尾节点的next指向新节点.}}

单链表的"头插"

尾插是不是显得有些麻烦?那我们试着看一下头插.

头插步骤:

1. 创建一个新节点.
2. 将新节点指向头指针指向的结点.
3. 更新头指针(头指针指向新节点)

图解:

代码实现:

//写法1voidPushFront(SLTNode** pphead, DateType x){assert(pphead);
    SLTNode* newnode =BuyNode(x);//下面两句的顺序不能变
    newnode->next =*pphead;*pphead = newnode;}

写法2:

//写法2voidPushFront(SLTNode** pphead, DateType x){assert(pphead);
    SLTNode* newnode =BuyNode(x);
    SLTNode* phead =*pphead;//创建一个临时指针,保存一下头指针指向的头结点.//顺序随便改*pphead = newnode;
    newnode->next = phead;}

两种方法都比较好理解,也很简单,单链表的头插效率很高,不需要遍历,

指定位置之后"插入"新节点

该函数很简单,只需要通过查找目标结点函数找到目标结点的位置,然后将将新节点链接上去就行了.

步骤:

1. 将新节点的指针域(next)指向指定结点的下一个结点.
2. 将指定位置的结点的指针域(next)指向新节点,

图解:

//使用此函数之前可以先使用,查找目标结点函数(SListFind),找到位置先voidSLTInsertBack( SLTNode* pos, DateType x){assert(pos);
    SLTNode* newnode =BuyNode(x);
    newnode->next = pos->next;
    pos->next = newnode;}

"申请新节点"函数

新节点都是使用

malloc

函数动态申请的.函数实现很简单,相信聪明的友友们可以理解,牛牛就不过介绍了.

SLTNode*BuyNode(DateType x)//创建新结点{
    SLTNode* newnode =(SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));assert(newnode);//防止申请结点失败
    newnode->Date = x;
    newnode->next =NULL;return newnode;}

2.3 "删除"元素操作.

因为链表的结点都是动态申请的,所以链表的删除操作需要将目标结点释放,同时为了保护原有的链表结构,需要将受目标结点的其他结点也灵活修改.

单链表的"尾删"

"删除结点"步骤:

1. 处理特殊情况,如果头指针指向NULL,空链表不能执行删除操作.
2. 找倒数第二个结点,方法:tail->next->next != NULL因为最后一个结点的next=NULL; 数据结构记得多画图哦,有助于我们理解.
3. 先释放尾结点(tail->next),再将倒数第二个结点的next置空NULL
4. 处理特殊情况:如果链表就只有一个结点,就不存在倒数第二个结点,此时直接释放头结点,并将头结点置空.

图解:

//尾删voidPopBack(SLTNode** pphead){assert(pphead);//二级指针不可能为空,如果为空就一定是传错了assert(*pphead);//防止空链表的删除操作
    SLTNode* tail =*pphead;//创建一个指针代替头指针遍历if(tail->next ==NULL){free(tail);
        tail=NULL;}else{while(tail->next->next !=NULL){
            tail = tail->next;}free(tail->next);
        tail->next =NULL;}}

单链表的"头删":

同样,单链表的"头删"也是很简单的操作.
步骤:

1. 将头结点记录一下.
2. 将头指针指向第二个结点.
3. 释放头结点.

voidPopFront(SLTNode** pphead){assert(pphead);//二级指针不可能为空,如果为空就一定是传错了assert(*pphead);//防止空链表的删除操作
    SLTNode* head =*pphead;*pphead =(* pphead)->next;free(head);}

思考:
需不需要单独去考虑,如果链表只有一个结点的特殊情况?

答案:

不需要,因为如果链表只有一个结点,头删将头指针指向第二个结点,刚好是指向NULL,也是符合要求的.

单链表的"删除"指定的目标结点

步骤:

1. 通过查找目标结点函数SListFind(下面牛牛讲了),找到目标结点的地址.
2. 将目标结点的前驱结点指向目标结点的后继结点.
3. 释放目标结点.
4. 特殊情况:如果是头删,需要修改头结点,让其指向第二个结点.

图解:

代码实现:

//告诉位置(建议配合SListFind函数一起使用),删除第一个出现该值的节点voidSlitErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos){assert(pphead);//二级指针不可能为空,如果为空就一定是传错了assert(*pphead);//防止空链表的删除操作assert(pos);
    SLTNode* cur =*pphead;//创建一个指针代替头指针遍历if(cur == pos){//如果目标结点是头结点这种特殊情况
        SLTNode* next = cur->next;free(cur);*pphead = next;}else{while(cur->next != pos && cur->next !=NULL)//遍历寻找目标结点{
            cur = cur->next;}
        cur->next = pos->next;//将目标结点的前驱指向目标结点的后继free(pos);}}

2.4 "查找"目标结点函数

单链表查找目标结点只需要遍历一遍这个链表即可,如果目标结点有多个,则只返回第一个遇到的目标结点,找不到目标结点则返回

NULL

.
函数很简单,牛牛不过多介绍了.

SLTNode*SListFind(SLTNode* phead, DateType x){
    SLTNode* cur = phead;//代替头指针遍历链表while(cur){if(cur->Date == x){return cur;}
        cur = cur ->next;}returnNULL;}

2.5 单链表的"打印"

单链表的打印很简单,遍历打印就行了.

voidPrint(SLTNode* phead)//链表的打印{//assert(phead);
    SLTNode* cur = phead;while(cur){printf("%d->", cur->Date);
        cur = cur->next;}printf("NULL\n\n");}

2.6 单链表的"销毁"

步骤:

1. 创建next指针保存要删除节点的下一个结点.
2. 将要删除的结点释放.
3. 将要删除的结点更新到next
4. 继续执行1

//单链表的销毁voidSLTDestroy(SLTNode* phead)//这个函数不会将头指针置空,要使用该函数的人自己置空{
    SLTNode* del = phead;
    SLTNode* next = phead;//用于记录下一个结点while(next){
        next = next->next;free(del);
        del = next;}//保持习惯置空
    next ==NULL;
    del =NULL;}

总结:"链表"与"顺序表"的区别

顺序表链表区别物理上必定是连续的逻辑上连续,但是物理上不一定连续物理存储空间访问其中的某个结点支持随机访问( O(1) )不支持随机访问访问元素大多数情况下需要移动数据,效率低( O(N) )只需要改变目标指针的指向,但是需要找到该结点删除和插入新节点(任意位置)容量不够时,动态顺序表需要动态扩容,效率不高没有容量的概念不需要扩容,资源利用率高插入数据时元素的存储很高效+频繁访问频繁的对任意位置的插入和删除使用场景由于无物理上连续存在,利用率高利用率低缓存利用率
希望这篇文章对大家有帮助。欢迎小伙伴们私信提意见和提问哦！
最后，小伙伴们的点赞就是给牛牛最大的支持，能不能给牛牛来一个一键三连呢？谢谢支持。

三、总代码

测试区(test.c)

//test.c 主函数区域,用于测试接口#include"SList.h"voidtest1(){
    SLTNode* plist=NULL;printf("插入0,1,2,3,4,5,6,7,8,9之后:\n");PushBack(&plist,1);PushBack(&plist,2);PushBack(&plist,3);PushBack(&plist,4);PushBack(&plist,5);PushBack(&plist,6);PushBack(&plist,7);PushBack(&plist,8);PushBack(&plist,9);//头插PushFront(&plist,0);Print(plist);printf("尾删一次后:\n");PopBack(&plist);Print(plist);printf("头删一次后:\n");PopFront(&plist);Print(plist);printf("删除第一次出现元素7的结点后:\n");SlitErase(&plist,SListFind(plist,7));Print(plist);printf("在第一个出现5值的结点后面插入一个值为666的结点\n");SLTInsertBack(SListFind(plist,5),666);Print(plist);SLTDestroy(plist);
    plist ==NULL;}intmain(){test1();return0;}

接口实现区(SList.c)

#include"SList.h"

SLTNode*BuyNode(DateType x)//创建新结点{
    SLTNode* newnode =(SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));assert(newnode);
    newnode->Date = x;
    newnode->next =NULL;return newnode;}voidPushBack(SLTNode** pphead, DateType x){assert(pphead);
    SLTNode*tail =*pphead;//创建一个指针代替头指针遍历
    SLTNode* newnode =BuyNode(x);//cur代表代表头指针,phead表示头指针的地址//如果cur指向NULL,说明为空链表if(*pphead ==NULL){//这里可以使用tail代替*phead吗?//不能,因为这里要改变的是,头结点的指针,需要用二级指针(解引用)来改变*pphead = newnode;//空链表是将头指针指向新节点}else{//找尾巴,画图解析//这里可以使用tail,是因为,要改变的是结构体的内容,只需要用结构体指针(解引用)就行while( tail->next !=NULL){
            tail = tail->next;}
        tail->next = newnode;}}//头插(错误示例)//void PushFront(SLTNode** pphead, DateType x)//{//    assert(pphead);//    SLTNode* phead = *pphead;//    SLTNode* newnode = BuyNode(x);//    //下面两句的顺序不能变,除非再创一个结点保phead//    newnode->next = phead;//    phead= newnode;//}// 正确写法1//void PushFront(SLTNode** pphead, DateType x)//{//    assert(pphead);//    SLTNode* newnode = BuyNode(x);//    //下面两句的顺序不能变,除非再创一个结点保phead//    newnode->next = *pphead;//    *pphead = newnode;//}//写法2voidPushFront(SLTNode** pphead, DateType x){assert(pphead);
    SLTNode* newnode =BuyNode(x);
    SLTNode* phead =*pphead;//顺序随便改*pphead = newnode;
    newnode->next = phead;}//尾删voidPopBack(SLTNode** pphead){assert(pphead);//二级指针不可能为空,如果为空就一定是传错了assert(*pphead);//防止空链表的删除操作
    SLTNode* tail =*pphead;//创建一个指针代替头指针遍历if(tail->next ==NULL){free(tail);
        tail=NULL;}else{while(tail->next->next !=NULL){
            tail = tail->next;}free(tail->next);
        tail->next =NULL;}}voidPopFront(SLTNode** pphead){assert(pphead);//二级指针不可能为空,如果为空就一定是传错了assert(*pphead);//防止空链表的删除操作
    SLTNode* head =*pphead;*pphead =(* pphead)->next;free(head);}

SLTNode*SListFind(SLTNode* phead, DateType x){
    SLTNode* cur = phead;while(cur){if(cur->Date == x){return cur;}
        cur = cur ->next;}printf("找不到:\n");returnNULL;}voidSlitErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos){assert(pphead);//二级指针不可能为空,如果为空就一定是传错了assert(*pphead);//防止空链表的删除操作assert(pos);
    SLTNode* cur =*pphead;//创建一个指针代替头指针遍历if(cur == pos){//如果目标结点时头结点
        SLTNode* next = cur->next;free(cur);*pphead = next;}else{while(cur->next != pos && cur->next !=NULL)//遍历寻找目标结点{
            cur = cur->next;}
        cur->next = pos->next;//将目标结点的前驱指向目标结点的后继free(pos);}}voidSLTInsertBack( SLTNode* pos, DateType x){assert(pos);
    SLTNode* newnode =BuyNode(x);
    newnode->next = pos->next;
    pos->next = newnode;}voidPrint(SLTNode* phead)//链表的打印{//assert(phead);
    SLTNode* cur = phead;while(cur){printf("%d->", cur->Date);
        cur = cur->next;}printf("NULL\n\n");}voidSLTDestroy(SLTNode* phead)//这个函数不会将头指针置空,要使用该函数的人自己置空{
    SLTNode* del = phead;
    SLTNode* next = phead;//用于记录下一个结点while(next){
        next = next->next;free(del);
        del = next;}//保持习惯置空
    next ==NULL;
    del =NULL;}

函数声明区(SList.h)

#pragmaonce#include<stdio.h>#include<assert.h>#include<stdlib.h>typedefint DateType;typedefstructSListN0de{
    DateType Date;structSListN0de* next;}SLTNode;//尾插voidPushBack(SLTNode** pphead, DateType x);//尾删voidPopBack(SLTNode** pphead);//头插voidPushFront(SLTNode** pphead, DateType x);//头删voidPopFront(SLTNode** pphead);//告诉值,返回结点的地址
SLTNode*SListFind(SLTNode* phead, DateType x);//告诉位置(建议配合SListFind函数一起使用),删除第一个出现该值的节点voidSlitErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos);//告诉位置,在位置后面插入voidSLTInsertBack( SLTNode* pos, DateType x);structSListN0de*BuyNode(DateType x);//创建新节点voidPrint(SLTNode* phead);//链表的打印// 单链表的销毁voidSLTDestroy(SLTNode* phead);