一，链表描述
链表是一种常见的重要的数据结构,是动态地进行存储分配的一种结构。常用于需存储的数据的数目无法事先确定。
1.链表的一般结构
链表的组成：
头指针：存放一个地址，该地址指向一个元素
结点：用户需要的实际数据和链接节点的指针
2.结点结构体类型的定义
链表结点结构的 一般形式：
struct 结构体名
{ 数据成员表；
struct 结构体名 *指针变量名；
}；
3.结点的动态分配
形式是：malloc(存储区字节数)
该函数返回存储区的首地址。
释放存储区用如下函数： free(p)； 它表示释放由p指向的存储空间。
用结构体建立链表：
struct student
｛ int num；
float score；
struct student *next ；};
其中成员num和score用来存放结点中的有用数据（用户需要用到的数据），next是指针类型的成员，它指向struct student类型数据（这就是next所在的结构体类型）
二，链表的设计与实现
1.单向链表
1.1 单向链表的组成：
1）头指针
2）结点
数据域 (保存实际数据)
指针域 (保存下一个结点地址)
1.2 单向链表的设计实现：
1）定义结点类型
typedef int data_t;
typedef strcut node
{
data_t data;
strcut node *next;
}node_t;
2）单向链表功能算法实现
(1) 链表创建
int slist_create(node_t**,data_t);
(2) 数据添加
(2.1) 头插
int slist_addhead(node_t**,data_t)
(2.2) 尾插
int slist_addtail(node_t**,data_t)
(2.3) 中间插入
int slist_insert(node_t**,data_t pos,data_t new);
(3) 数据删除
int slist_delete(node_t**,data_t);
(4) 数据查询
node_t* slist_query(node_t*,data_t);
(5) 数据更新
int slist_update(node_t*,data_t old,data_t new);
(6) 数据遍历
void slist_showall(node_t*);
(7) 链表回收
void slist_destroy(node_t**);
1.3 单向链表示例程序
该示例程序涉及到链表创建、数据添加（头插、尾插、中间插入）、数据删除、数据查询、数据更新、数据遍历、链表回收。
slist.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef int data_t;
typedef struct node
{
data_t data;
struct node *next;
} node_t;
/* 1. 链表创建（创建一个空头指针，返回成功与否） */
int slist_create(node_t **head, data_t value)
{
*head = (node_t *)malloc(sizeof(node_t));
if (*head == NULL)
{
perror("malloc");
return -1;
}
(*head)->data = value;
(*head)->next = NULL;
return 0;
}
/*头插法 */
int slist_addhead(node_t **head, data_t value)
{
node_t *new = (node_t *)malloc(sizeof(node_t));
if (!new)
{
perror("malloc");
return -1;
}
new->data = value;
new->next = *head;
*head = new;
return 0;
}
/*尾插法 */
int slist_addtail(node_t **head, data_t value)
{
node_t *new = (node_t *)malloc(sizeof(node_t));
if (!new)
{
perror("malloc");
return -1;
}
new->data = value;
new->next = NULL;
if (*head == NULL)
{
*head = new;
}
else
{
node_t *p = *head;
while (p->next != NULL)
p = p->next;
p->next = new;
}
return 0;
}
/*中间插入：在指定数据 pos 后插入 new */
int slist_insert(node_t **head, data_t pos, data_t newval)
{
node_t *p = *head;
while (p && p->data != pos)
{
p = p->next;
}
if (!p)
{
printf("未找到插入位置 %d\n", pos);
return -1;
}
node_t *new = (node_t *)malloc(sizeof(node_t));
if (!new)
{
perror("malloc");
return -1;
}
new->data = newval;
new->next = p->next;
p->next = new;
return 0;
}
/* 3. 删除结点（按值删除） */
int slist_delete(node_t **head, data_t value)
{
node_t *p = *head, *q = NULL;
while (p && p->data != value)
{
q = p;
p = p->next;
}
if (!p)
{
printf("未找到要删除的值 %d\n", value);
return -1;
}
if (q == NULL)
*head = p->next; // 删除头结点
else
q->next = p->next;
free(p);
return 0;
}
/* 4. 查询（返回结点指针） */
node_t *slist_query(node_t *head, data_t value)
{
while (head)
{
if (head->data == value)
return head;
head = head->next;
}
return NULL;
}
/* 5. 更新 */
int slist_update(node_t *head, data_t old, data_t newval)
{
node_t *p = slist_query(head, old);
if (!p)
{
printf("未找到需要更新的值 %d\n", old);
return -1;
}
p->data = newval;
return 0;
}
/* 6. 遍历 */
void slist_showall(node_t *head)
{
printf("链表内容: ");
while (head)
{
printf("%d -> ", head->data);
head = head->next;
}
printf("NULL\n");
}
/* 7. 链表回收 */
void slist_destroy(node_t **head)
{
node_t *p = *head;
while (p)
{
node_t *tmp = p;
p = p->next;
free(tmp);
}
*head = NULL;
}
/* ============= 测试主函数 ============= */
int main(void)
{
node_t *head = NULL;
/* 创建链表 */
slist_create(&head, 10);
slist_addhead(&head, 5);
slist_addtail(&head, 20);
slist_addtail(&head, 30);
slist_insert(&head, 20, 25); // 在20后插入25
slist_showall(head);
/* 删除 */
slist_delete(&head, 10);
slist_showall(head);
/* 查询并更新 */
node_t *res = slist_query(head, 25);
if (res)
printf("找到结点: %d\n", res->data);
slist_update(head, 25, 99);
slist_showall(head);
/* 回收 */
slist_destroy(&head);
slist_showall(head);
return 0;
}
运行结果：
1.4 链表数据结构的小结
应用场景：
1）链式结构是一种动态增加数据的结构，如果存储的数据数量事先无法确定，使用链表是比较合适的;
2）常用于对数据进行频繁的增加或者删除的情况
缺点：
查询效率比较低，主要原因是链表数据必须从头结点开始遍历。
2. 双向链表设计实现
说明：双向链表是在单向链表的基础上，指针域增加了存储上一个结点地址的指针变量(前驱指针)
优势：由于双向链表具有后继指针，也有前驱指针，所以对数据的增加，删除更加方便快捷，原因是链表结点的插入和删除，往往会影响上一个结点，相比于单向链表需要查找上一个结点，双向链表就可以通过结点的前驱指针直接获取。
2.1双向链表的组成
1) 头指针
2) 结点：
数据域 (保存实际数据)
指针域 (保存下一个结点地址)
(保存上一个结点地址)
2.2 双向链表的设计实现：
1) 定义结点类型：
typedef int data_t;
typedef strcut node
{
data_t data;
strcut node *prev;
strcut node *next;
}node_t; 2) 双向链表功能算法实现：
（1) 链表创建
int dlist_create(node_t**,data_t);
(2) 数据添加
(2.1) 头插
int dlist_addhead(node_t**,data_t)
(2.2) 尾插
int dlist_addtail(node_t**,data_t)
(2.3) 中间插入
int dlist_insert(node_t** head,data_t pos,data_t new);
(3) 数据删除
int dlist_delete(node_t**,data_t);
(4) 数据查询
node_t* dlist_query(node_t*,data_t);
(5) 数据更新
int dlist_update(node_t*,data_t old,data_t new);
(6) 数据遍历
void dlist_showall(node_t*);
(7) 链表回收
void dlist_destroy(node_t**);
2.3 示例程序：
dlist.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef int data_t;
// 定义双向链表结点
typedef struct node {
data_t data;
struct node *prev;
struct node *next;
} node_t;
/*链表创建 */
int dlist_create(node_t **head, data_t value) {
*head = (node_t *)malloc(sizeof(node_t));
if (*head == NULL) return -1;
(*head)->data = value;
(*head)->prev = NULL;
(*head)->next = NULL;
return 0;
}
/*头插 */
int dlist_addhead(node_t **head, data_t value) {
node_t *newnode = (node_t *)malloc(sizeof(node_t));
if (newnode == NULL) return -1;
newnode->data = value;
newnode->prev = NULL;
newnode->next = *head;
if (*head != NULL) {
(*head)->prev = newnode;
}
*head = newnode;
return 0;
}
/*尾插 */
int dlist_addtail(node_t **head, data_t value) {
node_t *newnode = (node_t *)malloc(sizeof(node_t));
if (newnode == NULL) return -1;
newnode->data = value;
newnode->next = NULL;
if (*head == NULL) {
newnode->prev = NULL;
*head = newnode;
return 0;
}
node_t *p = *head;
while (p->next != NULL) {
p = p->next;
}
p->next = newnode;
newnode->prev = p;
return 0;
}
/*中间插入（在pos位置前插入新节点） */
int dlist_insert(node_t **head, data_t pos, data_t value) {
node_t *p = *head;
while (p != NULL && p->data != pos) {
p = p->next;
}
if (p == NULL) return -1;
node_t *newnode = (node_t *)malloc(sizeof(node_t));
if (newnode == NULL) return -1;
newnode->data = value;
newnode->next = p;
newnode->prev = p->prev;
if (p->prev != NULL) {
p->prev->next = newnode;
} else {
*head = newnode; // 插在头部
}
p->prev = newnode;
return 0;
}
/*删除节点（删除值为value的第一个节点） */
int dlist_delete(node_t **head, data_t value) {
node_t *p = *head;
while (p != NULL && p->data != value) {
p = p->next;
}
if (p == NULL) return -1;
if (p->prev != NULL) {
p->prev->next = p->next;
} else {
*head = p->next; // 删除头节点
}
if (p->next != NULL) {
p->next->prev = p->prev;
}
free(p);
return 0;
}
/*数据查询 */
node_t* dlist_query(node_t *head, data_t value) {
node_t *p = head;
while (p != NULL) {
if (p->data == value) {
return p;
}
p = p->next;
}
return NULL;
}
/*数据更新 */
int dlist_update(node_t *head, data_t old, data_t new) {
node_t *p = head;
while (p != NULL) {
if (p->data == old) {
p->data = new;
return 0;
}
p = p->next;
}
return -1;
}
/*遍历（正向） */
void dlist_showall(node_t *head) {
node_t *p = head;
printf("DList: ");
while (p != NULL) {
printf("%d ", p->data);
p = p->next;
}
printf("\n");
}
/*链表回收 */
void dlist_destroy(node_t **head) {
node_t *p = *head;
while (p != NULL) {
node_t *tmp = p;
p = p->next;
free(tmp);
}
*head = NULL;
}
/* 测试主函数 */
int main() {
node_t *head = NULL;
// 创建链表
dlist_create(&head, 10);
dlist_addhead(&head, 5);
dlist_addtail(&head, 20);
dlist_addtail(&head, 30);
dlist_insert(&head, 20, 15); // 在20前插入15
dlist_showall(head);
// 查询
node_t *q = dlist_query(head, 15);
if (q) printf("Found: %d\n", q->data);
// 更新
dlist_update(head, 15, 18);
dlist_showall(head);
// 删除
dlist_delete(&head, 10);
dlist_showall(head);
// 回收
dlist_destroy(&head);
return 0;
}
运行结果：
链表小结：
1. 定义
单向链表（Singly Linked List）
每个节点只有一个指针next，指向下一个节点。
结构简单，内存开销小，但只能 单方向遍历。双向链表（Doubly Linked List）
每个节点有两个指针：prev（前驱）和next（后继）。
可以 双向遍历，删除/插入更方便，但每个节点占用内存更大。
2. 节点结构
单向链表
typedef int data_t;
typedef struct node {
data_t data;
struct node *next;
} node_t;
双向链表
typedef int data_t;
typedef struct node {
data_t data;
struct node *prev;
struct node *next;
} node_t;
3. 基本功能函数
| 功能 | 单向链表 (slist) | 双向链表 (dlist) |
|---|---|---|
| 创建链表 | slist_create() |
dlist_create() |
| 头插入 | slist_addhead() |
dlist_addhead() |
| 尾插入 | slist_addtail() |
dlist_addtail() |
| 中间插入 | slist_insert() |
dlist_insert() |
| 删除节点 | slist_delete() |
dlist_delete() |
| 查询节点 | slist_query() |
dlist_query() |
| 更新节点 | slist_update() |
dlist_update() |
| 遍历输出 | slist_showall() (等同于 print) |
dlist_showall() (等同于 print) |
| 销毁链表 | slist_destroy() |
dlist_destroy() |
4. 主要区别
| 对比点 | 单向链表 | 双向链表 |
|---|---|---|
| 内存占用 | 小，每个节点只需 next 指针 |
大，每个节点需 prev + next |
| 遍历方向 | 只能从头到尾 | 可从头到尾，也能从尾到头 |
| 插入效率 | 需要找到插入点的前驱节点 | 直接利用 prev / next 修改指针，效率更高 |
| 删除效率 | 需要找到删除节点的前驱节点 | 直接用 prev / next 修改即可 |
| 实现复杂度 | 简单 | 稍复杂 |
| 适用场景 | 内存紧张、简单队列/栈结构 | 频繁插入/删除、需要双向遍历 |
5. 输出函数
单向链表输出
void slist_showall(node_t* head) {
node_t* p = head;
while (p) {
printf("%4d\n", p->data); // 每行一个，右对齐
p = p->next;
}
}
双向链表输出
void dlist_showall(node_t* head) {
node_t* p = head;
while (p) {
printf("%4d\n", p->data);
p = p->next;
}
}
总结：
单向链表：结构简单，适合空间敏感、逻辑简单的场景（如栈、队列）。
双向链表：操作灵活，适合需要频繁插入/删除和双向遍历的场景（如 LRU 缓存、双端队列）。