数据结构入门 — 链表详解_单链表

前言

数据结构入门 — 单链表详解*
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系列文章

第一篇：数据结构入门 — 链表详解_单链表
第二篇：数据结构入门 — 链表详解_双向链表
第三篇：数据结构入门 — 链表详解_循环链表

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一、链表

1. 链表是什么

链表是一种数据结构，由一系列节点组成，在每个节点中存储数据和指向下一个节点的指针。每个节点只包含指向下一个节点的指针，不像数组那样有预定义的大小。链表可以动态地增长和缩小，并且非常灵活，可以在任何位置插入或删除节点。链表主要分为单向链表、双向链表和循环链表等不同类型。

2. 优缺点

链表的优点：

1. 灵活性：由于链表中每个节点都有指向下一个节点的指针，因此链表可以在任何位置添加或移除元素，使得链表非常灵活。
2. 动态性：由于链表的大小不是固定的，当需要增加或删除元素时，内存中不需要重新分配空间，而是在链表中增加或删除一个结点。
3. 无需占用连续的内存空间：相较于数组等数据结构，链表的每个元素之间并没有关联性，每个节点可以在内存中的任意位置，不需要占用连续的内存空间。

链表的缺点：

1. 没有随机访问的能力：链表中的元素之间没有关联性，无法像数组那样通过下标直接访问某个元素，需要从头开始遍历整个链表才能找到需要的元素，这会导致链表的查找效率比数组低。
2. 内存空间的额外开销：由于需要在每个节点中存储指向下一个节点的指针，链表内每个元素需要占用比其存储内容更多的内存空间，这会导致链表没有数组那么节省内存。
3. 不支持常量时间内的随机访问：链表只能在头尾节点进行快速的插入和删除操作，但在其他位置插入和删除节点较为困难，需要先遍历找到要操作的位置，这会导致链表操作的时间复杂度较高。

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二、概念及结构

1. 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。

2. 结构

在现实的数据结构中，链表的结构

注意:

1. 从上图可看出，链式结构在逻辑上是连续的，但是在物理上不一定连续
2. 现实中的结点一般都是从堆上申请出来的
3. 从堆上申请的空间，是按照一定的策略来分配的，两次申请的空间可能连续，也可能不连续

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三、 链表的分类

1. 链表结构类型

链表可以分为单链表、双向链表和循环链表三种类型。

类型	介绍
单链表	节点只包含一个指向后继节点的指针，每个节点只知道下一个节点的位置。
双向链表	节点包含一个指向前驱节点和一个指向后继节点的指针，每个节点都知道前面和后面的节点位置。
循环链表	链表的最后一个节点指向第一个节点，形成一个环形结构。

除了这三种基本类型，还有一些派生的链表结构，如带有头节点的链表、带有尾指针的链表、带有哨兵节点的链表等。如下图有8种链表结构
1. 单向或者双向

2. 带头或者不带头（哨兵位）

3. 循环或者不循环

2. 常用的两种链表结构

无头单向非循环链表：

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：

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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四、单链表接口实现（代码演示）

无头+单向+非循环链表增删查改实现

1. 动态申请一个结点

SLTNode* BuySListNode(SLTDataType x)
{SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));if (newnode == NULL){perror("BuySListNode");exit(-1);}newnode->data = x;newnode->next = NULL;return newnode;
}

2. 单链表打印

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

3. 单链表增删查改

头插：

//头插
void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{assert(pphead);SLTNode* newnode = BuySListNode(x);newnode->next = *pphead;*pphead = newnode;
}

尾插：

//尾插
void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{assert(pphead);SLTNode* newnode = BuySListNode(x);//如果为空 if (*pphead==NULL){*pphead = newnode;}else{ SLTNode* tail = *pphead;while (tail->next != NULL){tail = tail->next;}tail->next = newnode;}
}

头删：

//头删
void SLTPopFront(SLTNode** pphead)
{//空assert(pphead);assert(*pphead);//非空SLTNode* newnode = (*pphead)->next;free(*pphead);*pphead = newnode;}

尾删：

//尾删
void SLTPopBack(SLTNode** pphead)
{assert(*pphead);assert(pphead);//一个节点if((*pphead)->next == NULL){free(*pphead);*pphead = NULL;}else{SLTNode* tail = *pphead;SLTNode* tailPrev = NULL;while(tail->next != NULL){tailPrev = tail;tail = tail->next;}free(tail);tail = NULL;tailPrev->next = NULL;}
}

查找：

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

在pos之前插入x：

// 在pos之前插入x
void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{assert(pos);assert(pphead);if (pos == *pphead){SLTPushFront(pphead,x);}else{SLTNode* prev = *pphead;while (prev->next != pos){prev = prev->next;}SLTNode* newnode = BuySListNode(x);prev->next = newnode;newnode->next = pos;}}

在pos以后插入x：

// 在pos以后插入x
void SLTInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x)
{assert(pos);SLTNode* newnode = BuySListNode(x);newnode->next = pos->next;pos->next = newnode;}

删除pos位置：

// 删除pos位置
void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{assert(pos);assert(pphead);if (pos == *pphead){SLTPopFront(pphead);}else{SLTNode* tail = *pphead;while (tail->next != pos){tail = tail->next;}tail->next = pos->next;free(pos);pos = NULL;}
}

删除pos的后一个位置：

// 删除pos的后一个位置
void SLTEraseAfter(SLTNode* pos)
{assert(pos);assert(pos->next);SLTNode* posNext = pos->next;pos->next = posNext->next;pos->next = posNext->next;free(posNext);posNext = NULL;}

4. 单链表销毁

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

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五、所有文件代码

1. Gitee链接

***查看所有代码***
点击右边蓝色文字 DuckBro Gitee 代码仓库

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总结

单链表的重点包括：

1. 定义：单链表是一种数据结构，它由一系列节点组成，每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。
2. 插入操作：单链表的插入操作需要先找到要插入位置的前一个节点，然后将新节点插入到其后。
3. 删除操作：单链表的删除操作需要先找到要删除的节点的前一个节点，然后将其指针指向下一个节点即可。
4. 遍历操作：单链表需要从头节点开始依次遍历各个节点，获取其中存储的数据。
5. 链表反转：单链表的反转操作是将链表中的节点从后往前连接，最后将原来的头节点变为尾节点。
6. 快慢指针：快慢指针是单链表中常用的技巧，可以用于查找链表中的中间节点、判断是否有环等操作。
7. 环形链表：有些单链表可能存在环形结构，即某个节点的指针指向之前的某个节点，使用快慢指针可以判断链表是否为环形。
8. 链表排序：单链表可以使用排序算法进行排序，如冒泡排序、快速排序等。
9. 链表的应用：单链表广泛应用于各种数据结构和算法中，如哈希表、图等。

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