【数据结构】单链表功能的实现

目录

1.链表的概念及结构

2.单链表功能的实现

2.1打印单链表

2.2创建节点

2.3单链表尾插

2.3单链表头插

2.5单链表尾删

2.6单链表头删

2.7单链表的查找

2.8在指定位置之前插入数据

2.9在指定位置之后插入数据

2.10删除pos节点

2.11删除pos之后的节点

2.12销毁链表

3.完整代码

SList.h

SList.c

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1.链表的概念及结构

线性表的逻辑结构属于线性结构，采用顺序存储结构为顺序表，采用链式存储结构为线性链表。

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。

链表的结构跟火车车厢相似，淡季时火车的车厢会相应减少，旺季时火车的车厢会额外增加几节。只需要将某节车厢去掉或者加上，不影响其他车厢，每节车厢都是独立存在的。

且每节车厢都有车门，假设每节车厢的车门都是锁上的状态，需要不同的钥匙才能解锁，每次只能携带一把钥匙的情况下如何从车头走到车尾？ 最简单的做法：每节车厢里都放一把下一节车厢的钥匙。

在链表里，每节“车厢”是什么样的呢？

与顺序表不同的是，链表里的每节"车厢"都是独立申请下来的空间，我们称之为“结点/节点” ，节点的组成主要有两个部分：要保存的数据和下一个节点的地址（指针变量）。

图中指针变量 plist保存的是第一个节点的地址，我们称plist此时“指向”第一个节点，如果我们希望plist“指向”第二个节点时，只需要修改plist保存的内容为0x0012FFA0。

为什么还需要指针变量来保存下一个节点的位置？

链表中每个节点都是独立申请的（即需要插入数据时才去申请一块节点的空间），通过指针变量保存下一个节点位置才能从当前节点找到下一个节点。

注意：

1. 链式结构在逻辑上是连续的，在物理结构上不一定连续。
2. 节点一般是从堆上申请的。
3. 从堆上申请来的空间，是按照一定策略分配出来的，每次申请的空间可能连续，可能不连续。

2.单链表功能的实现

2.1打印单链表

void SLPrint(SLTNode* phead)
{SLTNode* pcur = phead;while (pcur)//pcur!=NULL{printf("%d->", pcur->data);pcur = pcur->next; //将指针指向下一个节点}printf("NULL\n");
}

2.2创建节点

单链表每次插入都需要插入一个节点，所以我们最好写一个创建节点的函数方便后续调用。

SLTNode* SLTBuyNode(SLTDataType x)
{SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));if (newnode == NULL)  //申请失败{perror("malloc fail!");exit(1);}newnode->data = x;newnode->next = NULL;return newnode;
}

2.3单链表尾插

尾插时需要找到最后一个节点的位置，再插入数值，但是要注意假如传进来一个空链表，ptail=NULL；那么对它进行找尾操作势必会造成ptail->next这句代码对空指针进行解引用，所以分成两种情况：

1.如果链表为空，直接插入即可。

2.如果链表不为空，需要找到尾节点再插入。

输出结果：

我们发现输出结果不是1，而是NULL，这是为什么呢？

SLTPushBack(plist, 1);

一级指针不能实现的原因：传参的时候另外创建一个一级指针phead接收plist传过来的值，它和plist指针一样指向NULL（ 这里属于传值调用，虽然plist变量存储的值是地址），尾插数据后，再让phaed指针指向newnode,在此期间plist仍然指向NULL，没有发生任何改变，因为形参的改变无法影响实参，调用链表打印函数，打印字符NULL。

当链表为空时，一开始plist指向空指针，然后需要plist指向newnode，需要改变plist的指向，这里用一级指针是实现不了的，需要用二级指针，二级指针才能改变一级指针plist的指向。若链表不为空，不需要改变plist的指向，程序依然可以正常运行。

小贴士

一级指针的作用 : 将普通变量的一级指针传入函数作为参数 ,可以在函数中访问该一级指针指向的普通变量, 并且可以修改该普通变量的值,但是该普通变量所在内存地址不能被修改。 

传参的时候传一级指针变量的地址&plist，使用pphead二级指针来接收：

尾插代码

void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{assert(pphead);  //不能传空指针，不能对空指针进行解引用//空链表和非空链表SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);if (*pphead == NULL)    //*pphead是指向第一个节点的指针{*pphead = newnode;}else{//找尾SLTNode* ptail =*pphead;while (ptail->next)//ptail->next!=NULL{ptail = ptail->next;}//ptail指向的就是尾节点ptail->next = newnode;}	
}

2.3单链表头插

头插数据需要改变一级指针plist的指向，这里也需要二级指针改变一级指针plist的指向。

void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{assert(pphead);SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);newnode->next = *pphead; //将newnode和头结点连接在一起*pphead = newnode;       //将链表头结点指向新的头
}

2.5单链表尾删

与单链表尾插类似，当链表只有一个头结点时需要将plist置为空，所以也需要二级指针。

void SLTPopBack(SLTNode** pphead)
{assert(pphead);assert(*pphead);//链表不能为空//链表只有一个节点if ((*pphead)->next == NULL){free(*pphead);*pphead = NULL;}else{//链表有多个节点SLTNode* prev = *pphead;SLTNode* ptail = *pphead;while (ptail->next)   //找尾节点{prev = ptail;ptail = ptail->next;}free(ptail);	//释放掉ptail指向的空间ptail = NULL;prev->next = NULL;//将ptail前一个节点next指针置为空，防止野指针}
}

2.6单链表头删

先创建一个指针next,保存第二个节点的位置，防止释放头结点导致找不到第二个节点。

void SLPopFront(SLTNode** pphead)
{assert(pphead);assert(*pphead);//链表不能为空SLTNode* next = (*pphead)->next;//保存第二个节点free(*pphead);*pphead = next; //第二个节点作为链表新头，头指针走到新头的位置
}

2.7单链表的查找

查找数据不需要改变指针plist的指向，这里使用一级指针传参即可。如果找到就返回这个节点的地址，否则就返回空指针NULL。

SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{SLTNode* pcur = phead;//再定义一个指针，phead指针可能后续还要用，不希望改变phead指针while (pcur){if (pcur->data == x){return pcur;}pcur = pcur->next;}//pcur==NULL  没有找到！return NULL;
}

2.8在指定位置之前插入数据

当链表在头节点插入时使用头插。

void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{assert(pphead);assert(*pphead);assert(pos);//若pos==*pphead;说明是头插if (pos == *pphead){SLTPushFront(pphead, x);//调用头插}else{SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);SLTNode* prev = *pphead;while (prev->next != pos)//找pos的前一个节点prev{prev = prev->next;}//将prev  newnode  pos 三个节点连起来newnode->next = pos;prev->next = newnode;}	
}

2.9在指定位置之后插入数据

void SLTInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x)
{assert(pos);SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);//pos  newnode  pos->nextnewnode->next = pos->next;//这里一定要注意顺序问题!pos->next = newnode;
}

2.10删除pos节点

void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{assert(pphead);assert(*pphead);assert(pos);//pos是头节点/pos不是头节点if (pos == *pphead){//头删SLPopFront(pphead);}else{SLTNode* prev = *pphead;while (prev->next != pos)//找pos的前一个节点prev{prev = prev->next;}//prev pos pos->nextprev->next = pos->next;free(pos);pos = NULL;}	
}

2.11删除pos之后的节点

void SLTEraseAfter(SLTNode* pos)
{assert(pos);assert(pos->next);SLTNode* del = pos->next;//pos  del  del->nextpos->next = del->next;free(del);del = NULL;
}

2.12销毁链表

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

3.完整代码

SList.h

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
//定义节点的结构
typedef int SLTDataType;
typedef struct SListNode
{SLTDataType data;struct SListNode* next;
}SLTNode;//链表打印
void SLPrint(SLTNode* phead);//链表尾插
void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x);//链表头插
void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x);//尾删
void SLTPopBack(SLTNode** pphead);//头删
void SLPopFront(SLTNode** pphead);//查找
SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x);//在指定位置之前插⼊数据
void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x);//在指定位置之后插⼊数据
void SLTInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x);//删除pos节点
void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos);//删除pos之后的节点
void SLTEraseAfter(SLTNode* pos);//销毁链表
void SListDesTroy(SLTNode** pphead);

SList.c

#include"SList.h"
//打印链表
void SLPrint(SLTNode* phead)
{SLTNode* pcur = phead;while (pcur)//pcur!=NULL{printf("%d->", pcur->data);pcur = pcur->next;}printf("NULL\n");
}//申请一个新节点
SLTNode* SLTBuyNode(SLTDataType x)
{SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail!");exit(1);}newnode->data = x;newnode->next = NULL;return newnode;
}//链表尾插
void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{assert(pphead);  //不能传空指针，不能对空指针进行解引用//空链表和非空链表SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);if (*pphead == NULL)    //*pphead是指向第一个节点的指针{*pphead = newnode;}else{//找尾SLTNode* ptail =*pphead;while (ptail->next)//ptail->next!=NULL{ptail = ptail->next;}//ptail指向的就是尾节点ptail->next = newnode;}	
}//链表头插
void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{assert(pphead);SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);newnode->next = *pphead; //将newnode和头结点连接在一起*pphead = newnode;       //将链表头结点指向新的头
}//尾删
void SLTPopBack(SLTNode** pphead)
{assert(pphead);assert(*pphead);//链表不能为空//链表只有一个节点if ((*pphead)->next == NULL){free(*pphead);*pphead = NULL;}else{//链表有多个节点SLTNode* prev = *pphead;SLTNode* ptail = *pphead;while (ptail->next){prev = ptail;ptail = ptail->next;}free(ptail);	//释放掉ptail指向的空间ptail = NULL;prev->next = NULL;//将ptail前一个节点next指针置为空，防止野指针}
}//头删
void SLPopFront(SLTNode** pphead)
{assert(pphead);assert(*pphead);//链表不能为空SLTNode* next = (*pphead)->next;//先保存第二个节点的位置，防止释放头结点导致找不到第二个节点free(*pphead);*pphead = next; //第二个节点作为链表新头，头指针走到新头的位置
}//查找
SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x)//不需要改变plist指向，传一级指针即可
{SLTNode* pcur = phead;//再定义一个指针，phead指针可能后续还要用，不希望改变phead指针while (pcur){if (pcur->data == x){return pcur;}pcur = pcur->next;}//pcur==NULL  没有找到！return NULL;
}//在指定位置之前插⼊数据
void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{assert(pphead);assert(*pphead);assert(pos);//若pos==*pphead;说明是头插if (pos == *pphead){SLTPushFront(pphead, x);//调用头插}else{SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);SLTNode* prev = *pphead;while (prev->next != pos)//找pos的前一个节点prev{prev = prev->next;}//将prev  newnode  pos 三个节点连起来newnode->next = pos;prev->next = newnode;}	
}//在指定位置之后插⼊数据
void SLTInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x)
{assert(pos);SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);//pos  newnode  pos->nextnewnode->next = pos->next;//这里一定要注意顺序问题!pos->next = newnode;
}//删除pos节点
void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{assert(pphead);assert(*pphead);assert(pos);//pos是头节点/pos不是头节点if (pos == *pphead){//头删SLPopFront(pphead);}else{SLTNode* prev = *pphead;while (prev->next != pos)//找pos的前一个节点prev{prev = prev->next;}//prev pos pos->nextprev->next = pos->next;free(pos);pos = NULL;}	
}//删除pos之后的节点
void SLTEraseAfter(SLTNode* pos)
{assert(pos);assert(pos->next);SLTNode* del = pos->next;//pos  del  del->nextpos->next = del->next;free(del);del = NULL;
}//销毁链表
void SListDesTroy(SLTNode** pphead)
{assert(pphead);assert(*pphead);SLTNode* pcur = *pphead;while (pcur){SLTNode* next = pcur->next;free(pcur);pcur = next;}*pphead = NULL;
}