【C 数据结构】单链表-易微帮

文章目录

【 1. 基本原理】
- 1.1 链表的节点
- 1.2 头指针、头节点、首元节点
【 2. 链表的创建】
【 3. 链表插入元素】
【 4. 链表删除元素】
【 5. 链表查找元素】
【 6. 链表修改元素】
【 7. 链表输出】
【 8. 实例 - 链表元素的增删查改】
【 9. 无头节点的链表】

本文中若未指定，则默认链表存在首元结点。

【 1. 基本原理】

与顺序表不同，链表 不限制数据的物理存储状态（存储空间是否连续），使用链表存储的数据元素，其 物理存储位置是随机的 。

例如，使用链表存储 1,2,3 ，数据的物理存储状态如图所示：

上图根本无法体现出各数据之间的逻辑关系。对此，链表的解决方案是，每个数据元素在存储时都配备一个指针，用于指向自己的直接后继元素：

数据元素随机存储，并通过指针表示数据之间逻辑关系的存储结构就是 链式存储结构。

1.1 链表的节点

链表中每个数据的存储都由以下两部分组成：
- 数据元素本身，其所在的区域称为数据域；
- 指向直接后继元素的指针，所在的区域称为指针域；
链表中存储各数据元素的结构，即节点。如图所示：
也就是说，链表实际存储的是一个一个的节点，真正的数据元素包含在这些节点中，如图所示：
链表中每个节点的具体实现，需要使用 C 语言中的结构体， 每个节点都是一个结构体，具体实现代码为：
- 由于指针域中的指针要指向的也是一个节点，因此要声明为 Link 类型（这里要写成 struct Link* 的形式）。

//定义结点类型
typedef struct Node {
    int data;       //数据类型，你可以把int型的data换成任意数据类型，包括结构体struct等复合类型
    struct Node *next;          //单链表的指针域
} Node,*LinkedList;  
//Node表示结点的类型，LinkedList表示指向Node结点类型的指针类型

1.2 头指针、头节点、首元节点

一个完整的链表需要由以下几部分构成：
- 头指针：一个普通的指针，它的特点是永远指向链表第一个节点的位置。很明显，头指针用于指明链表的位置，便于后期找到链表并使用表中的数据；
- 节点：链表中的节点又细分为头节点、首元节点和其他节点：
  - 头节点：其实就是一个不存任何数据的空节点，通常作为链表的第一个节点。对于链表来说，头节点不是必须的，它的作用只是为了方便解决某些实际问题；链表中有头节点时，头指针指向头节点；反之，若链表中没有头节点，则头指针指向首元节点。
  - 首元节点：由于头节点（也就是空节点）的缘故，链表中称第一个存有数据的节点为首元节点。首元节点只是对链表中第一个存有数据节点的一个称谓，没有实际意义；
  - 其他节点：链表中其他的节点。

一个存储 {1,2,3} 的完整链表结构如图所示：

节点的创建，C实现：

Node *p=(Node *)malloc(sizeof(Node));

//或者 Node* L = new Node;

【 2. 链表的创建】

创建一个链表需要做如下工作：
- 声明一个头指针（如果有必要，可以声明一个头节点）；
- 创建多个存储数据的节点，在创建的过程中，要随时与其前驱节点建立逻辑关系；

2.0 创建1个空链表（仅有头节点）

创建一个指向链表节点的指针，申请一块链表节点的内存，使该指针指向该块内存（若该指针指向空，表示内存申请失败，输出信息提示），最后将该指针指向的节点的指针域指向NULL空，表示该链表初始化后仅有1个节点。

Node* listinit(){
    Node *L;
    L=(Node*)malloc(sizeof(Node));      //开辟空间 
    if(L==NULL){                     //判断是否开辟空间失败，这一步很有必要
        printf("申请空间失败");
        exit(0);                  //开辟空间失败可以考虑直接结束程序
    }
    L->next=NULL;       //指针指向空
    return L;
}

2.1 创建单链表（头插入法）*

先创建一个头节点，头节点的指针域指向空。插入新节点时，将新节点的指针域指向头节点的next，再将头节点的next指向该新节点。
C 实现

//单链表的建立1，头插法建立单链表
LinkedList LinkedListCreatH(int x[],int N) {
    Node* L;
    L = (Node*)malloc(sizeof(Node));   //申请头结点空间
    L->next = NULL;                      //初始化一个空链表

    for(int i=0;i<N;++i){
        Node* p;
        p = (Node*)malloc(sizeof(Node));   //申请新的结点
        p->data = x[i];                     //结点数据域赋值
        p->next = L->next;                    //将结点插入到表头L-->|2|-->|1|-->NULL
        L->next = p;
    }
    return L;
}

2.2 创建单链表（尾插入法）

先创建一个头节点，头节点的指针域指向空，再创建一个尾指针，尾指针先指向头节点。插入新节点时，将尾指针的next指向该新节点，再将尾指针指向该新节点，最后将尾指针的next指空。
C实现：

//单链表的建立2，尾插法建立单链表
LinkedList LinkedListCreatT(int x[], int N) {
    Node* L;
    L = (Node*)malloc(sizeof(Node)); //申请头结点空间
    L->next = NULL;                  //初始化一个空链表
    Node* r;
    r = L;                          //r始终指向尾节点，开始时指向头节点
    for (int i = 0; i < N; ++i) {
        Node* p;
        p = (Node*)malloc(sizeof(Node));   //申请新的结点
        p->data = x[i];                     //结点数据域赋值
        r->next = p;                 //将结点插入到表头L-->|1|-->|2|-->NULL
        r = p;
    }
    r->next = NULL;

    return L;
}

【 3. 链表插入元素】

链表插入元素只需做以下两步操作，即可将新元素插入到指定的位置：
1.将新结点的 next 指针指向插入位置后的结点；
2.将插入位置前结点的 next 指针指向插入结点；
链表插入元素的操作必须是先步骤 1，再步骤 2；反之，若先执行步骤 2 即将插入位置前结点的 next 指针指向插入结点，除非再添加一个指针，作为插入位置后续链表的头指针，否则会导致插入位置后的这部分链表丢失，无法再实现步骤 1。

例如，我们在链表 1,2,3,4 的基础上分别实现在头部、中间部位、尾部插入新元素 5，其实现过程如图所示：

从图中可以看出，虽然新元素的插入位置不同，但实现插入操作的方法是一致的，都是先执行步骤 1 ，再执行步骤 2。

C 实现：指定位置插入元素

//单链表的插入
//在链表的第i个位置插入x的元素，若位置超过链表大小，则链表不改动
LinkedList LinkedListInsert(LinkedList L, int i, int x) {
    Node* pre;  // pre为前驱结点
    pre = L;
    int j = 1;
    while (pre->next) {
        if (i == j++) {
            Node* p;  //插入的结点为p
            p = (Node*)malloc(sizeof(Node));
            p->data = x;
            p->next = pre->next;
            pre->next = p;
            break;
        }
        pre = pre->next;
    }   
    return L;
}

【 4. 链表删除元素】

从链表中删除指定数据元素时，实则就是将存有该数据元素的节点从链表中摘除，但作为一名合格的程序员，要对存储空间负责，对不再利用的存储空间要及时释放。因此，从链表中删除数据元素需要进行以下 2 步操作：
- 将要删除的节点的前一个节点的next指向要删除节点的next；
- 可选：手动释放掉要删除节点的内存。

例如，从存有 1,2,3,4 的链表中删除元素 3，则此代码的执行效果如图所示：

C 实现：删除指定元素的节点

// 删除单链表中值为x的元素
// 若有相同元素值，默认删除离表头最近的元素
// 若链表不存在x，则链表不改动
LinkedList LinkedListDelete(LinkedList L, int x) {
    Node* p, * pre;                   //pre为前驱结点，p为查找的结点。
    p = L->next;
    pre = L;
    while (p) 
    {
        if (p->data == x)
        {
            pre->next = p->next;  //删除操作，将其前驱next指向其后继。
            free(p);
            break;
        }
        pre = p;
        p = p->next;
    }
    return L;
}

C实现：删除指定位置的节点

//p为原链表，add为要删除元素的位置
Node *delElem(Node * p, int add)
{
    Node * temp = p;
    //遍历到被删除结点的上一个结点
    for (int i = 1; i < add; i++)
    {
        temp = temp->next;
        if (temp->next == NULL)
        {
            printf("没有该结点\n");
            return p;
        }
    }
    Node * del = temp->next;//单独设置一个指针指向被删除结点，以防丢失
    temp->next = temp->next->next;//删除某个结点的方法就是更改前一个结点的指针域
    free(del);//手动释放该结点，防止内存泄漏
    return p;
}

【 5. 链表查找元素】

从首元结点依次遍历表中节点，用被查找元素与各节点数据域中存储的数据元素进行比对，直至比对成功或遍历至链表最末端的 NULL（比对失败的标志）。
C 实现：查找指定值的元素位置

// 查找单链表中的元素
// p为原链表，elem表示被查找元素，函数返回被查元素的位置，若返回值为-1表示链表中不存在该元素
int selectElem(Node* p, int elem)
{
    //新建一个指针t，初始化为头指针 p
    Node* t = p;
    int i = 1;
    //由于头节点的存在，因此while中的判断为t->next
    while (t->next)
    {
        t = t->next;
        if (t->data == elem)
            return i;
        i++;
    }
    //程序执行至此处，表示查找失败
    printf("该数据不存在\n");
    return -1;
}

【 6. 链表修改元素】

更新链表中的元素，只需通过遍历找到存储此元素的节点，对节点中的数据域做更改操作即可。
C 实现：修改指定位置的元素

//add 表示更改结点在链表中的位置，newElem 为新的数据域的值
Node *amendElem(Node * p,int add,int newElem)
{
    Node  * temp=p;
    temp=temp->next;//在遍历之前，temp指向首元结点
    //遍历到待更新结点
    for (int i=1; i<add; i++) 
        temp=temp->next;
    temp->elem=newElem;
    return p;
}

C 实现：修改指定元素值

//将链表中值为x的元素全都变为k。
LinkedList LinkedListReplace(LinkedList L, int x, int k) {
    Node* p = L->next;
    int i = 0;
    while (p) {
        if (p->data == x) {
            p->data = k;
        }
        p = p->next;
    }
    return L;
}

【 7. 链表输出】

首先创建一个链表节点的指针，指向首元结点，然后判断该指针是否指向了空，若非空，则输出该指针指向的节点的信息，然后指针指向下一个节点循环判断，直到该指针为空。

//输出单链表
void printList(LinkedList L){
    Node *p=L->next;
    int i=0;
    while(p){
        printf("第%d个元素的值为:%d\n",++i,p->data);
        p=p->next;
    }
}

【 8. 实例 - 链表元素的增删查改】

对链表中数据元素做"增删查改"的实现过程及 C 语言代码：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

//定义结点类型
typedef struct Node
{
    int data;           //数据类型，可以把int型的data换成任意数据类型，包括结构体struct等复合类型
    struct Node* next;  //单链表的指针域
} Node, * LinkedList;


//建立单链表，尾插法
LinkedList LinkedListCreatT(int x[], int N) {
    Node* L;
    L = (Node*)malloc(sizeof(Node));   //申请头结点空间
    L->next = NULL;                  //初始化一个空链表
    Node* r;
    r = L;                          //r始终指向终端结点，开始时指向头结点
    for (int i = 0; i < N; ++i) {
        Node* p;
        p = (Node*)malloc(sizeof(Node));   //申请新的结点
        p->data = x[i];                     //结点数据域赋值
        r->next = p;                 //将结点插入到表头L-->|1|-->|2|-->NULL
        r = p;
    }
    r->next = NULL;

    return L;
}

// 查找单链表中的元素
// p为原链表，elem表示被查找元素，函数返回被查元素的位置，若返回值为-1表示链表中不存在该元素
int selectElem(Node* p, int elem)
{
    //新建一个指针t，初始化为头指针 p
    Node* t = p;
    int i = 1;
    //由于头节点的存在，因此while中的判断为t->next
    while (t->next)
    {
        t = t->next;
        if (t->data == elem)
            return i;
        i++;
    }
    //程序执行至此处，表示查找失败
    printf("该数据不存在\n");
    return -1;
}

//单链表的插入
//在链表的第i个位置插入x的元素，若位置超过链表大小，则链表不改动
LinkedList LinkedListInsert(LinkedList L, int i, int x) {
    Node* pre;                      //pre为前驱结点
    pre = L;
    int j = 1;
    while (pre->next) {
        if (i == j++) {
            Node* p;  //插入的结点为p
            p = (Node*)malloc(sizeof(Node));
            p->data = x;
            p->next = pre->next;
            pre->next = p;
            break;
        }
        pre = pre->next;
    }   
    return L;
}

// 删除单链表中值为x的元素
// 若有相同元素值，默认删除离表头最近的元素
// 若链表不存在x，则链表不改动
LinkedList LinkedListDelete(LinkedList L, int x) {
    Node* p, * pre;                   //pre为前驱结点，p为查找的结点。
    p = L->next;
    pre = L;
    while (p) 
    {
        if (p->data == x)
        {
            pre->next = p->next;  //删除操作，将其前驱next指向其后继。
            free(p);
            break;
        }
        pre = p;
        p = p->next;
    }
    return L;
}

//将链表中值为x的元素全都变为k。
LinkedList LinkedListReplace(LinkedList L, int x, int k) {
    Node* p = L->next;
    int i = 0;
    while (p) {
        if (p->data == x) {
            p->data = k;
        }
        p = p->next;
    }
    return L;
}

//输出单链表
void printList(LinkedList L) {
    Node* p = L->next;
    int i = 0;
    while (p) 
    {
        printf("第%d个元素的值为:%d\n", ++i, p->data);
        p = p->next;
    }
}

int main() {
    int N;
    printf("请输入链表的数量：");
    scanf("%d", &N);
    printf("请输入链表的元素：");
    int *x=new int[N];
    for (int i = 0; i < N; ++i)
        scanf("%d",&x[i]);
    
    //创建
    LinkedList list;
    list = LinkedListCreatT(x,N);
    printList(list);

    //插入 
    int pos;
    int data;
    printf("请输入插入数据的位置：");
    scanf("%d", &pos);
    printf("请输入插入数据的值：");
    scanf("%d", &data);
    LinkedListInsert(list, pos, data);
    printList(list);

    //查找
    printf("请输入查找数据的值：");
    scanf("%d", &data);
    printf("该数据在链表中的位置为%d\n",selectElem(list, data));

    //修改
    int newdata;
    printf("请输入修改的数据：");
    scanf("%d", &data);
    printf("请输入修改后的值：");
    scanf("%d", &newdata);
    LinkedListReplace(list, data, newdata);
    printList(list);

    //删除 
    printf("请输入要删除的元素的值：");
    scanf("%d", &data);
    LinkedListDelete(list, data);
    printList(list);

    return 0;
}

在这里插入图片描述

【 9. 无头节点的链表】

创建一个无头节点的链表，C 实现：

//创建1个有头节点的单链表
Node* LinkedListCreatN(int x[], int N) {
    Node* L = (Node*)malloc(sizeof(Node));
    L->data = x[0];
    L->next = NULL;
    Node* p = L; //p作为尾节点指针
    for (int i = 1; i < N; ++i) {
        Node *temp = (Node *) malloc(sizeof(Node));
        temp->data = x[i];
        temp->next = NULL;
        p->next = temp;
        p = temp;
    }
    return L;
}

输出无头节点的单链表各个元素，C实现：

//输出单链表
void printList(LinkedList L) {
    Node* p = L;
    int i = 0;
    while (p) 
    {
        printf("第%d个元素的值为:%d\n", ++i, p->data);
        p = p->next;
    }
}

删除无头节点的单链表的指定元素，C实现：
当删除的元素是第一个节点时，为了方便处理，这里事先申请一块内存，该内存的next指针域指向该链表的头节点，相当于作为 pre 前指针。

//删除链表中第一个值为x的元素
Node*  DeleteList(Node* L, int x) {
    Node* temptou = (Node*)malloc(sizeof(Node));
    temptou->next = L;

    Node* pre=temptou;
    Node* cur=pre->next;

    while (cur)
    {
        if (cur->data == x) {
            pre->next = cur->next;
            free(cur);
            break;
        }
        pre = cur;
        cur = cur->next;
    }
    return temptou->next;
}

实例

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

//定义结点类型
typedef struct Node
{
    int data;           //数据类型，可以把int型的data换成任意数据类型，包括结构体struct等复合类型
    struct Node* next;  //单链表的指针域
} Node;


//创建1个有头节点的单链表
Node* LinkedListCreatN(int x[], int N) {
    Node* L = (Node*)malloc(sizeof(Node));
    L->data = x[0];
    L->next = NULL;
    Node* p = L; //p作为尾节点指针
    for (int i = 1; i < N; ++i) {
        Node* temp = (Node*)malloc(sizeof(Node));
        temp->data = x[i];
        temp->next = NULL;
        p->next = temp;
        p = temp;
    }
    return L;
}

//删除链表中第一个值为x的元素
Node*  DeleteList(Node* L, int x) {
    Node* temptou = (Node*)malloc(sizeof(Node));
    temptou->next = L;

    Node* pre=temptou;
    Node* cur=pre->next;

    while (cur)
    {
        if (cur->data == x) {
            pre->next = cur->next;
            free(cur);
            break;
        }
        pre = cur;
        cur = cur->next;
    }
    return temptou->next;
}

//输出单链表
void printList(Node* L) {
    Node* p = L;
    int i = 0;
    while (p)
    {
        printf("第%d个元素的值为:%d\n", ++i, p->data);
        p = p->next;
    }
}

int main() {
    int N;
    printf("请输入链表的元素数量：");
    scanf("%d", &N);
    printf("请输入链表的元素：");
    int* x = new int[N];
    for (int i = 0; i < N; ++i)
        scanf("%d", &x[i]);

    //创建
    Node* list;
    list = LinkedListCreatN(x, N);
    printList(list);

    //删除
    int data;
    printf("请输入要删除的元素值：");
    scanf("%d",&data);
    Node* listtemp;
    listtemp = DeleteList(list, data);
    printList(listtemp);

    return 0;
}

在这里插入图片描述

【C 数据结构】单链表

文章目录

【 1. 基本原理】

1.1 链表的节点

1.2 头指针、头节点、首元节点

【 2. 链表的创建】

2.0 创建1个空链表（仅有头节点）

2.1 创建单链表（头插入法）*

2.2 创建单链表（尾插入法）

【 3. 链表插入元素】

【 4. 链表删除元素】

【 5. 链表查找元素】

【 6. 链表修改元素】

【 7. 链表输出】

【 8. 实例 - 链表元素的增删查改】

【 9. 无头节点的链表】

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【 1. 基本原理 】

1.1 链表的节点

1.2 头指针、头节点、首元节点

【 2. 链表的创建 】

2.0 创建1个空链表（仅有头节点）

2.1 创建单链表（头插入法）*

2.2 创建单链表（尾插入法）

【 3. 链表插入元素 】

【 4. 链表删除元素 】

【 5. 链表查找元素 】

【 6. 链表修改元素 】

【 7. 链表输出 】

【 8. 实例 - 链表元素的增删查改 】

【 9. 无头节点的链表 】

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