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一:什么是链表?
二:创建源文件和头文件
(1)头文件
(2)源文件
三:实参和形参
四:一步步实现单向链表
(1)建立一个头指针并置空
(2)打印链表,便于观察测试
(3)创建一个新的结点
(4)尾部插入数据
(5)头部插入
(6)尾部删除
(7)头部删除
(8)查找
(9)指定位置插入
(10)指定删除
(11)清空链表
(12)最终代码
SingleLinkedList.h
SingleLinkedList.c
text.c
五:小结
一:什么是链表?
我们先看下面这个结构体。
这个结构体存储数据的同时保存了一个结构体指针。
链表其实就是一个个结构体(后文把这样的一个结构体称为结点)通过保存地址的方式找到下一个结构体,最后一个结构体保存的地址为空。
链表的两种实现方式
(1)带头结点
(2)不带头结点
区别:带头结点有一个哨兵结点,这个节点作为第一个节点,它的数据域不存储数据。
两者各有利弊:我们进行结点删除时需要用到待删除结点的前一个结点。对于没有哨兵的单链表,当链表中只存在一个节点,需要进行单独处理。从而代码的复杂性增加。但如果设计了哨兵结点,则第一个结点的处理与其他结点一致。但处理链表数据时这个哨兵结点属于无效数据,我们需要规避这个数据,也需要进行处理。
本文选择的是无哨兵链表。
二:创建源文件和头文件
(1)头文件
头文件SingleLinkedList.h用来包含一些必要的头文件,声明函数以及定义结构体。
(2)源文件
源文件SingleLinkedList.c用来实现链表的具体功能。
源文件text.c用来对各个功能进行测试。
三:实参和形参
在实现链表之前,我们需要先深入的认识一下实参和形参的关系。
我们看下面这个代码:
我们可以看到a的值并没有发生变化,那我们如果传入a的地址进行解引用呢?我们看下面这个代码。
我们可以看到a成功被修改为了5,但这是为什么呢?
答:其实在传入参数的时候系统临时开辟了一块空间用来接收数据,函数调用结束时这一块空间就会被释放,这意味着如果我们直接传入a的值,我们只是在对这一块临时开辟的空间内的数据进行修改,无论如何都不会影响到a,但如果我们传入的是a的地址,对a进行解引用就能直接找到并修改a。
图解:
这是否意味着只要我们传入的是地址就一定能改变实参的值呢?我们看下面这个代码。
我们发现虽然传入的是地址,但p依旧指向a[0],并没有改变。这是为什么呢?
答:与前面的原理一致,我们传入p的时候也临时开辟了一片空间来保存p的值,无论我们怎么改变p值,在函数调用结束后这片空间会被释放,所以p实际上还是指向a[0]的。
图解:
那如果我们传入p的地址,是不是就能改变p了呢?我们看代码。
图解:
四:一步步实现单向链表
(1)建立一个头指针并置空
struct SListNode* head = NULL;
(2)打印链表,便于观察测试
我们用头指针的地址是否为空为循环条件。
我们可以分成两种情况讨论,如果链表为空,我们不进行遍历,直接打印NULL。
如果链表中有元素,从头指针(第一个结点)开始,我们打印结点数据,并让头指针指向下一个结点,一直到NULL。代码:
图解(以有三个结点为例子):
(3)创建一个新的结点
只要插入新结点,我们就一定要生成新的结点,我们可以把生成新结点的功能单独封装成函数BuyListNode()。
代码:
(4)尾部插入数据
进行数据插入,我们要改变实参的值(即改变指针的指向),必须传入头指针的地址(二级指针)。
基础思路:【1】在进行数据插入之前,我们要先生成一个新的结点。
【2】要进行尾部插入,我们需要找到链表的最后一个结点,并将它存储的指针指向新生成的结构体。
【3】我们设计一个指针tail来找尾部结点,如果tail->next为NULL,我们就找到了尾部结点,结束循环。
图解:
现阶段代码:
我们对代码进行测试:
可以发现程序崩溃了,这是为什么呢?
答:这是因为我们没有考虑链表为空的情况,如果链表为空,我们会直接对空指针进行解引用,导致程序崩溃。
为了解决这个问题,我们可以对这种情况进行单独处理。
代码:
再次测试,观察结果。
我们发现数据成功插入了。
(5)头部插入
进行数据插入,我们要改变实参的值(即改变指针的指向),必须传入头指针的地址(二级指针)。
思路:头部插入我们只需要让头指针指向新结点,让新结点的指针域指向原来的头结点。
代码:
前面进行尾部插入的时候需要考虑链表为空的情况,那头部插入需不需要单独进行这个临界条件的处理呢?
图解:
我们可以发现最后结点的指针域会指向空,所以不需要考虑这个临界情况。
(6)尾部删除
进行数据插入,我们要改变实参的值(即改变指针的指向),必须传入头指针的地址(二级指针)。
思路:和尾部插入一样我们需要使用一个tail指针找到尾部结点(方法与前面一致),然后释放这个结点。
我们看代码和运行结果:
我们发现程序打印的是随机数,这是为什么呢?
答:因为我们释放最后一个结点的时候上一个结点的指针域没有指空,但空间已经被系统回收了,此时我们进行指针的引用是非法的,也就是我们常说的野指针。
解决方案:我们可以设计一个指针prev来记录倒数第二个结点,在释放尾结点后让倒数第二个结点的指针域指向空。
但此时程序依然存在不足。
如果链表为空,我们就会对空指针进行解引用,所以我们需要单独处理这种情况,这里提供两种解决方案
第一,我们可以直接返回空。
第二,我们可以使用断言让程序直接报错。这里使用第一种方法。
代码和测试结果:
(7)头部删除
进行数据插入,我们要改变实参的值(即改变指针的指向),必须传入头指针的地址(二级指针)。
思路:进行头部删除,可以将第一个结点释放,然后让头指针指向第二个结点。
代码和运行结果:
(8)查找
查找有两种实现方式,一种返回结点地址,一种返回数据在第几个结点。
思路:遍历整个链表,一直到找到要查找的数据或最后一个结点为止。
如果没有查找到数据,返回NULL或者0。第一种(我用的):
第二种:
上述函数我们只能找到第一个数,后面相同的找不到,如果我们需要查找链表中所有该数的位置 ,我们可以设计一个pos指针并进行循环,循环结束条件为pos为空,这样就可以实现多次查找,我们看代码。(这个方法只适用于第一种)
(9)指定位置插入
这里给出两种插入方式,一种是指定在那个结点前插入,一种是指定在那个结点后插入
第一种前插入:
第一种后插入:
在进行插入前我们需要找到要插入的那个结点的前面(后面),可以先使用查找函数找到位置,在进行插入。
测试结果:
(10)指定删除
思路:删除的思路同尾删类似,我们需要找到待删除的结点并保存待删除的结点的指针域。
代码:
在进行删除前我们需要找到要删除的那个结点的前一个结点(目的是让前面的结点指针域指向下下个结点),可以先使用查找函数找到位置,再进行删除。
测试:
(11)清空链表
思路:从第一个结点开始,设计一个pos指针,每次循环把头指针指向的结点地址赋给pos,让头指针指向下一个结点地址,调用free()释放pos指向的结点。
图解(以三个结点为例子):
代码和测试结果:
(12)最终代码
SingleLinkedList.h
#pragma once#include #include //#include 要使用断言的话注意包含头文件//结构体数据类型重定义,方便我们更改要存储的元素类型typedef int SLTDataType;struct SListNode{SLTDataType data; //要存储的数据(数据域)struct SListNode* next; //用来存储下一个结构体的地址(指针域)};//打印void SListPrint(struct SListNode* phead);//创建一个新节点struct SListNode* BuyListNode(SLTDataType x);//尾部插入void SListPushBack(struct SListNode** pphead, SLTDataType x);//头部插入void SListPushFront(struct SListNode** pphead, SLTDataType x);//尾部删除void SListPopBack(struct SListNode** pphead);//头部删除void SListPopFront(struct SListNode** pphead);//查找,返回对应结点地址//int SListFind(struct SListNode* phead, SLTDataType x);struct SListNode* SListFind(struct SListNode* phead, SLTDataType x);//指定插入(还有一种按输入位置来插入)(在前面插入)void SListInsertF(struct SListNode** pphead, struct SListNode* pos, SLTDataType x);void SListInsertB(struct SListNode** pphead, struct SListNode* pos, SLTDataType x);//指定删除void SListEarse(struct SListNode** pphead, struct SListNode* pos);//销毁链表void SListDestory(struct SListNode** pphead);
SingleLinkedList.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include "SingleLinkedList.h"//打印链表void SListPrint(struct SListNode* phead){//一直循环,直到找到最后一个结点while (phead){printf("%d-> ", phead->data); //依次打印结点存储的数据phead = phead->next; //让phead指向下一个结点}printf("NULL\n");}//生成新节点struct SListNode* BuyListNode(SLTDataType x){//调用maoolc()函数生成一个结点struct SListNode* newNode = (struct SListNode*)malloc(sizeof(struct SListNode));//如果申请失败,打印错误并结束程序if (newNode == NULL){printf("malloc error\n");exit(-1);}//将要插入的数据赋给新结点newNode->data = x;//新节点的next置空newNode->next = NULL;//返回生成的结点的地址return newNode;}//尾部插入void SListPushBack(struct SListNode** pphead, SLTDataType x){//生成一个新的结点struct SListNode* newnode = BuyListNode(x);//如果链表为空,直接把新结点地址赋给*ppheadif (*pphead == NULL){*pphead = newnode;}else{//设置一个指针tail用来找到尾部结点struct SListNode* tail = *pphead;//不断循环,直到找到尾部结点while (tail->next){tail = tail->next;//指向下一个结点}//让原本置空的指针指向新生成的结点tail->next = newnode;}}//头部插入void SListPushFront(struct SListNode** pphead, SLTDataType x){//生成新结点struct SListNode* newnode = BuyListNode(x);//保存原来第一个结点的地址struct SListNode* prev = *pphead;//让头指向新结点*pphead = newnode;newnode->next = prev;}//尾部删除void SListPopBack(struct SListNode** pphead){//如果链表为空,就直接返回空,也可以使用assert(*pphead!=NULL)if (*pphead == NULL){return;}//如果只有一个结点if ((*pphead)->next == NULL){free(*pphead);*pphead = NULL;}else{//找尾部struct SListNode* tail = *pphead;//记录尾部的前一个结点的地址struct SListNode* prev = NULL;//找尾部结点,并保存尾部结点的前一个结点的地址while (tail->next){prev = tail;tail = tail->next;}//找到尾部结点,释放free(tail);//置空tail = NULL;//把尾部的前一个结点保存的地址置空prev->next = NULL;}}//头部删除void SListPopFront(struct SListNode** pphead){//如果链表为空,返回空,也可以使用assert(*pphead!=NULL)if (*pphead == NULL){return;}else{//找到下一个结点的地址struct SListNode* prev = (*pphead)->next;//释放第一个结点free(*pphead);//头指针指向第二个结点*pphead = prev;}}//查找struct SListNode* SListFind(struct SListNode* phead, SLTDataType x){struct SListNode* cur = phead;//循环查找while (cur){//找到返回该结点地址if (cur->data == x){return cur;}//没找到指向下一个结点else{cur = cur->next;}}//如果没找到,返回NULLreturn NULL;}//第二种//int SListFind(struct SListNode* phead, SLTDataType x)//{////记录第几个结点//int i = 1;//struct SListNode* cur = phead;////循环查找//while (cur)//{////找到返回该结点地址//if (cur->data == x)//{//return i;//}////没找到指向下一个结点,i加1//else//{//i = i + 1;//cur = cur->next;//}//}////如果没找到,返回0//return 0;//}//指定结点前插入void SListInsertF(struct SListNode**pphead,struct SListNode* pos,SLTDataType x){//生成一个新的结点struct SListNode* newnode = BuyListNode(x);//只有一个结点或者链表为空,进行头插if (*pphead == pos){newnode->next = *pphead;*pphead= newnode;}else{//设计一个结构体指针来找pos的前一个结点struct SListNode* posprev = *pphead;while (posprev->next != pos){posprev = posprev->next;}posprev->next = newnode;newnode->next = pos;}}//指定结点后插入void SListInsertB(struct SListNode**pphead,struct SListNode* pos,SLTDataType x){//生成一个新的结点struct SListNode* newnode = BuyListNode(x);//新结点指针域指向该结点的后一个newnode->next = pos->next;//结点的指针域指向新结点pos->next = newnode;}//指定位置删除void SListEarse(struct SListNode** pphead, struct SListNode* pos){//如果链表为空,返回空,也可以使用assert(*pphead!=NULL)if (*pphead == NULL){return;}//要删除的结点是第一个结点if (pos == *pphead){//找到下一个结点的地址struct SListNode* prev = (*pphead)->next;//释放第一个结点free(*pphead);//头指针指向第二个结点*pphead= prev;}else{//要找到pos结点的前一个结点位置struct SListNode* posprev = *pphead;while (posprev->next != pos){posprev = posprev->next;}//让posprev的指针域指向下下个结点posprev->next = pos->next;//释放结点pos的空间free(pos);pos= NULL;}}//清空链表void SListDestory(struct SListNode** pphead){struct SListNode* prev = *pphead;while ((*pphead)!= NULL){//找到头指针指向的结点prev = *pphead;//让头指针指向下一个结点*pphead = (*pphead)->next;//释放前面的结点free(prev);}}
text.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include "SingleLinkedList.h"void text1(){struct SListNode* head = NULL;SListPushFront(&head, 5);SListPushFront(&head, 50);SListPushFront(&head, 50);SListPushFront(&head, 5);struct SListNode* pos = SListFind(head, 50);int i = 1;//查找多个相同的值while (pos){printf("第%d个pos节点:%p->%d\n", i++, pos, pos->data);//pos指向目标结点的下一个结点pos = SListFind(pos->next, 50);}SListPrint(head);//修改pos = SListFind(head, 50);if (pos){pos->data = 30;}SListPrint(head);}void text2(){struct SListNode* head = NULL;//插入SListPushBack(&head, 2);SListPushBack(&head, 5);SListPushBack(&head, 15);//查找14位置struct SListNode* pos = SListFind(head, 14);//判断是否有14if (pos == NULL){printf("没有该数据\n");}else{//删除14SListEarse(&head, pos);}SListPrint(head);//清空SListDestory(&head);//插入SListPushBack(&head, 2);SListPushBack(&head, 5);SListPrint(head);}int main(){/*text1();*/text2();return 0;}
五:小结
相较于顺序表,链表能够更好的利用零散的空间,并且插入数据不需要大量移动数据,但是单链表在物理层上不是连续存储的,我们只能前找后却无法后找前,而且一旦指针域的数据丢失我们就没法找到后续结点,后续的双向链表可以很好的解决这个问题。
顺序表讲解链接:http://t.csdn.cn/V96aI