【数据结构】第三节：单链表

前言 

本篇要求掌握的C语言基础知识：指针、结构体

目录

前言 

单链表

概念

对比链表和顺序表

创建链表

实现单链表

准备工作

 打印链表

 创建节点并初始化

尾插

二级指针的调用

尾插代码 

头插

尾删

头删

查找（返回节点） 

 在指定位置(pos)之前插入数据

在指定位置(pos)之后插入数据

删除pos节点

删除pos之后的节点 

销毁链表

单链表

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 。

对比链表和顺序表

顺序表：

        1) 占用一大片连续内存空间

        2) 不需要额外空间存储逻辑关系，总空间需求最少

        4) 可顺序访问，支持随机访问

        5) 在C语言中，通过数组实现

        6) 数据元素的插入和删除操作通过移动元素完成

链表：

        1) 不要求占用连续内存空间

        2) 不仅要存储数据，还要存储数据之间的关系，故总空间需求较大

        3) 通过指针反映逻辑关系

        4) 逻辑连续，物理可不连续

        5) 只可顺序访问，不支持随机访问

        6) 存在标记：头指针

        7) 数据元素的插入和删除操作通过修改指针完成：定位插入点/删除点的直接前驱/后

        从上文可以得知与顺序表不同的是，链表⾥的每节"⻋厢"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：当前节点要保存的数据和保存下⼀个节点的地址（指针变量）。

创建链表

//创建节点
typedef int SLTDataType;

typedef struct SLNode
{
	SLTDataType data;//数据域
	struct SLNode* next;//指针域
}SLTNode;

//创建节点
SLTNode* node1 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
node1->data = 1;

SLTNode* node2 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
node2->data = 2;

SLTNode* node3 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
node3->data = 3;

SLTNode* node4 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
node4->data = 4;

//链接节点
node1->next = node2;
node2->next = node3;
node3->next = node4;
node4->next = NULL;//尾指针置空

        其中数据域用于存放数据，指针域用于存放下一个结点的地址。上面的链表是手动创建节点，只是为了展示链表的形成，后续创建和链接单链表可以通过函数实现。

实现单链表

准备工作

在工程中一共包含三个文件

• 定义文件SLNode.h：定义函数和结构体，头文件：stdio.h、stdlib.h、assert.h
• 实现文件SLNode.c：实现函数具体功能，头文件：SLNode.h
• 测试文件test.c：测试每一部分代码的正确性，头文件：SLNode.h

        在开始之前我们需要定义一个指向为空的结构体类型的节点（SLNode*）plist，作为链表的头节点。

SLNode* plist = NULL;

 打印链表

//打印
void SLTprint(SLTNode* phead)
{
	SLNode* pcur = phead;
	while (pcur != NULL)
	{
		printf("%d ", pcur->data);
		pcur = pcur->next;
	}
	printf("\n");
}

 创建节点并初始化

//创建节点并初始化
SLNode* SLTbuyNode(SLTDataType x)
{
	SLNode* newnode = (SLNode*)malloc(sizeof(SLNode));//创建新节点
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail!");
		exit(1);//表示非正常退出
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	return newnode;
}

尾插

二级指针的调用

        从这一部分开始就涉及到了二级指针传参的问题，在对单链表进行尾插时，如果此时头节点plist指向为空（即该单链表为空），就需要在函数内部改变头指针的指向，指向新插入的节点。

        这里举一个简单的例子，假如我要实现一个交换两个整形数据的函数，应该如何实现？

void Exchange(int a,int b)
{
    int tmp=a;
    a=b;
    tmp=b;
}

        如果仅仅将两个整形作为参数是无法成功的，因为在主函数中调用Exchange时在栈帧中又开辟了一块地址不同于主函数的函数栈帧，以上"传值调用"仅仅将形参里的内容进行交换，在函数执行结束时所占据的空间会被释放，同时形参也会因为被销毁而无法对实参产生影响。

        如果想要"形参影响实参"，就要把"传值调用"改为"传址调用"，即将变量的地址作为参数传给函数，对应的函数参数应为指针类型。

void Exchange(int* a,int* b)
{
    int* tmp=*a;
    *a=*b;
    *tmp=*b;
}

        这样就实现了交换两个数据的操作。

        同理，想要在函数内部改变一级头指针plist的指向，应该把plist的地址传入，用二级指针接收，也就是"传址调用"，如果只传递一级指针（即链表的头指针），无法直接修改它所指向的地址，因为在函数内部对指针的修改不会影响到函数外部，最终只是将形参指针的指向改变而无法对实参造成影响。为了实现对链表头指针的修改，需要传递指向指针的指针，这样在函数内部就可以修改指针所指向的地址，从而改变链表的头指针。

 来一张图解释二级指针

总结：只要头指针发生改变就需要用到二级指针

尾插代码 

void SLTpushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
	assert(pphead);
	SLTNode* newnode = SLTbuyNode(x);
	if (*pphead == NULL)//链表为空
	{
		*pphead = newnode;
	}
	else
	{
		SLNode* ptail = *pphead;
		while (ptail->next != NULL)//遍历链表找到尾节点
		{
			ptail = ptail->next;
		}
		ptail->next = newnode;
	}
}

头插

       与尾插同理，头指针的指向发生改变，需要借助二级指针

void SLTpushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
	assert(pphead);
	SLTNode* newnode = SLTbuyNode(x);
	newnode->next = *pphead;//*pphead是指向第一个节点的指针
	*pphead = newnode;
}

尾删

void SLTpopBack(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);//*pphead为空说明整个链表为空
	if ((*pphead)->next == NULL)//链表中只有一个节点
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
	else
	{
		SLTNode* ptail = *pphead;
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (ptail->next != NULL)
		{
			prev = ptail;//prev指向的是尾节点的前一个节点
			ptail = ptail->next;
		}
		free(ptail);
		prev->next = NULL;//prev成为新的尾节点
		ptail = NULL;
	}
}

头删

void SLTpopFront(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	if ((*pphead) == NULL)
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
	else
	{
		SLTNode* p = *pphead;//此时p指向的是头节点
		*pphead = (*pphead)->next;
		free(p);
		p = NULL;
	}
}

查找（返回节点） 

SLNode* SLTfind(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{
	assert(phead);
	SLNode* pcur = phead;
	while (pcur != NULL)
	{
		if (pcur->data == x)
		{
			return pcur;
		}
		pcur = pcur->next;
	}
	return NULL;//没有找到返回NULL
}

 在指定位置(pos)之前插入数据

void SLTinsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pphead && *pphead && pos);
	SLTNode* pcur = *pphead;
	SLNode* newnode = SLTbuyNode(x);
	if (pos == *pphead)
	{
		SLTpushFront(pphead, x);
	}
	else
	{
		while (pcur->next != pos)//遍历到pos节点的前驱节点
		{
			pcur = pcur->next;
		}
		newnode->next = pos;
		pcur->next = newnode;
	}
}

在指定位置(pos)之后插入数据

void SLTinsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pos);
	SLNode* newnode = SLTbuyNode(x);
	if (pos->next == NULL)//如果pos是尾节点
	{
		pos->next = newnode;
		newnode->next = NULL;
	}
	else
	{
		SLNode* pafter = pos->next;//pcur是pos的后继节点
		newnode->next = pafter;
		pos->next = newnode;
	}
}

         在这里不调用二级指针的原因是头指针无需改变，需要改变的时pos节点内部next指针的指向，而对于next指针来说，pos指向的时next所在的节点，所以pos可以直接访问这个黑点，从而改变next的指向，换句话pos相对于next来说就是二级指针。

删除pos节点

void SLTerase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
	assert(*pphead && pos && pphead);
	if (pos->next == NULL)//如果pos是尾节点
	{
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}
		prev->next = NULL;
		free(pos);
		pos = NULL;
	}
	else if (*pphead == pos)//如果pos是头节点
	{
		SLTNode* next = (*pphead)->next;
		free(*pphead);
		(*pphead) = next;
	}
	else
	{
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}
		prev->next = pos->next;
		free(pos);
		pos = NULL;
	}
}

删除pos之后的节点 

void SLTeraseAfter(SLTNode* pos)
{
	assert(pos->next && pos);
	SLTNode* next = pos->next;
	pos->next = pos->next->next;
	free(next);
	next = NULL;
}

销毁链表

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