【初阶数据结构篇】单链表的实现（附源码）

半截诗

发布于 2024-10-09 18:47:48

2910

文章被收录于专栏：学西学西

单链表的实现

代码位置

[Gitee](sllist/sllist · petrichor/2024-summer-c-language - 码云 - 开源中国 (gitee.com))

概念与结构

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。

类比火车地铁，都是一节一节的

淡季时车次的车厢会相应减少，旺季时车次的车厢会额外增加几节。只需要将火车里的某节车厢去掉/ 加上，不会影响其他车厢，每节车厢都是独立存在的。

在链表⾥，每节“⻋厢”是什么样的呢?

结构：

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/结点”。

结点的组成主要有两个部分：当前结点要保存的数据和保存下⼀个结点的地址（指针变量）。

图中指针变量plist保存的是第⼀个结点的地址，我们称plist此时“指向”第⼀个结点，如果我们希望 plist“指向”第⼆个结点时，只需要修改plist保存的内容为0x0012FFA0。
链表中每个结点都是独立申请的（即需要插⼊数据时才去申请⼀块结点的空间），我们需要通过指针变量来保存下⼀个结点位置才能从当前结点找到下⼀个结点。

链表的性质

1、链式机构在逻辑上是连续的，在物理结构上不⼀定连续 2、结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

链表的分类

链表的结构⾮常多样，以下情况组合起来就有8种（2x2x2）链表结构：

链表说明：

虽然有这么多的链表的结构，但是我们实际中最常⽤还是两种结构：单链表和双向带头循环链表
1. 无头单向非循环链表：结构简单，⼀般不会单独⽤来存数据。实际种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。
2. 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。但是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，在下一篇博客我们将进行双向链表的实现。

单链表的实现

即不带头单向不循环链表

单链表的创建和打印及销毁

SList.h(其中方法会一一讲到)

定义链表结构
将存储数据类型重命名(方便之后替换->例如我们要求单链表内存储char类型数据，只用改一行代码即可)
函数的声明，声明的时候参数只需要类型就可以了，名字加不加都一样

#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
typedef int SLTDataType;
typedef struct SListNode 
{
	SLTDataType data;
	struct SListNode* next;
}SLTNode;


void creatlist();
SLTNode* SLTBuyNode(SLTDataType x);
void printlist(SLTNode*);

//插入
void SLTPushBack(SLTNode**, SLTDataType);
void SLTPushFront(SLTNode**, SLTDataType);


//删除
void SLTPopBack(SLTNode**);
void SLTPopFront(SLTNode**);

//查找
SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x);

//指定位置插入数据
void SLTInsert(SLTNode**, SLTDataType, SLTNode*);
void SLTInsertAfter( SLTDataType, SLTNode*);


//删除指定节点
void SLTErase(SLTNode**, SLTNode*);
void SLTEraseAfter(SLTNode*);

//销毁链表
void SListDestroy(SLTNode**);

test.c

用来测试我们写的函数(函数的调用)
这一部分就是自己写的时候用的测试用例，随便什么都行

养成好习惯，写一个方法测试一次，不然找错误的时候会很痛苦😜

#include "sllist.h"
//实际操作中不会这么去创建链表
void creatlist()
{
	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;
	node1->next = node2;
	node2->next = node3;
	node3->next = node4;
	node4->next = NULL;
	SLTNode* plist = node1;
	printlist(plist);

}



void test1()
	{
	SLTNode* plist = NULL;
	//SLTPushBack(&plist, 1);
	//SLTPushBack(&plist, 2);
	//SLTPushBack(&plist, 3);
	//SLTPushBack(&plist, 4);
	SLTPushBack(NULL, 4);
	SLTPushFront(&plist, 1);
	SLTPushFront(&plist, 2);
	SLTPushFront(&plist, 4);
	SLTPushFront(&plist, 3);
	//SLTPopBack(&plist);
	//SLTPopBack(&plist);
	//SLTPopFront(&plist);
	//SLTPopFront(&plist);

	//SLTNode* m=SLTFind(plist, 3);
	//if (m!= NULL)
	//{
	//	printf("找到了\n");
	//}
	SLTInsert(&plist, 3, m);
	//SLTInsertAfter( 6, m);
  //	SLTErase(&plist, m);
	//SLTEraseAfter(m);
	SListDestroy(&plist);
	printlist(plist);
	}

int main()
{
	//creatlist();
	test1();
	return 0;
}

单链表的创建

可以看到在creatlist中我们是先随便申请几个节点然后将他们首尾相连

但链表的性质是每个节点都是独立申请的，即我们有需要才去申请一块节点的空间，所以我们实际中我们不会这样创建链表，只需一开始创建一个链表结点类型的指针plist，并将其置为空，表示此时链表为空，之后需要的时候我们通过插入一个节点并始终保持plist指向单链表第一个节点即可。

单链表的打印

void printlist(SLTNode* phead)
{
	assert(phead);
	SLTNode* p1 = phead;
	while (p1)
	{
		printf("%d ", p1->data);
		p1 = p1->next;
	}
}

一般情况下，单链表已知的都是指向第一个节点的指针plist，因为我们只是打印不需要改变plist的指向，即不需要改变plist的值，所以我们用一级指针即可。
基本思想仍是遍历

单链表的销毁

void SListDestroy(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	SLTNode* pcur = *pphead;
	while (pcur)
	{
		SLTNode* p1 = pcur;
		pcur = pcur->next;
		free(p1);
		p1 = NULL;
	}
	*pphead = NULL;
}

- 这里我们要改变plist的值了，所以传二级指针（其实也可以传一级，只不过在调用完后别忘了把plist置为空哦(❁´◡`❁)）

单链表的插入

单链表头插

既然要插入我们就要先申请一块空间

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

将申请新节点的函数分装起来，便于调用

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

连接新节点和plist
再让plist指向新节点

单链表尾插

void SLTPushBack(SLTNode** pphead , SLTDataType x)
{
	//申请新节点
	assert(pphead);
	SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
	if (*pphead==NULL)
	{
		*pphead = newnode;
	}
	else
	{
		SLTNode* ptail = *pphead;
		while (ptail->next)
		{
			ptail = ptail->next;
		}
		ptail->next = newnode;

	}
}

分两种情况
- 链表为空，plist直接指向新节点
- 链表不为空，找尾节点再插入

单链表在指定位置之前插入数据

void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTDataType x, SLTNode* pos)
{
	assert(pphead && pos);
	if (pos == *pphead)
	{
		SLTPushFront(pphead,x);
	}
	else
	{
		SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}
		newnode->next = pos;
		prev->next = newnode;
	}
}

分两种情况
- 若是pos和plist相同，说明就是头插，调用即可
- 第二种情况，找到pos之前一个节点，一定要先改newnode的next指针，否则找不到pos下一个节点了

单链表在指定位置之后插入数据

void SLTInsertAfter( SLTDataType x, SLTNode* pos)
{
	assert(pos);
	SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
	newnode->next = pos->next;
	pos->next = newnode;
}

还是记得先改插入进来newnode的next指针

单链表的删除

单链表的头删

void SLTPopFront(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	SLTNode* next = (*pphead)->next;
	free(*pphead);
	*pphead = next;
}

删除都别忘了判断链表是否为空，即plist是否为空

单链表的尾删

void SLTPopBack(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	SLTNode* ptail = *pphead;
	SLTNode* prev = NULL;
	while (ptail->next)
	{
		prev = ptail;
		ptail = ptail->next;
	}
	if (prev)//处理只有一个节点的情况
    {
        prev->next = NULL;
        prev=NULL;
    }
	else
		*pphead = NULL;
	free(ptail);
	ptail = NULL;
}

同样分两种情况
- 当链表多于一个节点时，找尾节点以及其前一个节点，将尾节点释放并把前一个节点next指针置为空
- 当链表只有一个节点时，不需要将前一个节点next指针置为空，此时需要将plist置为空

单链表在指定位置删除数据

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

分两种情况
- pos和plist相同，即为头删
- 第二种情况，先找到pos之前节点，再进行指针的更改即可

单链表在指定位置之后删除数据

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

先保存pos之后节点，改变pos的next指针后再释放del

单链表的查找指定位置节点

SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{
	assert(phead);
	SLTNode* pcur = phead;
	while (pcur)
	{
		if (pcur->data==x)
		{
			return pcur;
		}
		pcur = pcur->next;

	}
	return NULL;
}

找到就返回指向节点的指针，否则返回空
老规矩遍历就行了

SList.c(完整版)

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "sllist.h"
void printlist(SLTNode* phead)
{
	
	SLTNode* p1 = phead;
	while (p1)
	{
		printf("%d ", p1->data);
		p1 = p1->next;
	}
}

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

void SLTPushBack(SLTNode** pphead , SLTDataType x)
{
	//申请新节点
	assert(pphead);
	SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
	if (*pphead==NULL)
	{
		*pphead = newnode;
	}
	else
	{
		SLTNode* ptail = *pphead;
		while (ptail->next)
		{
			ptail = ptail->next;
		}
		ptail->next = newnode;

	}
}



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






void SLTPopBack(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	SLTNode* ptail = *pphead;
	SLTNode* prev = NULL;
	while (ptail->next)
	{
		prev = ptail;
		ptail = ptail->next;
	}
	if (prev)//处理只有一个节点的情况
		prev->next = NULL;
	else
		*pphead = NULL;
	free(ptail);
	ptail = NULL;
}



void SLTPopFront(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	SLTNode* next = (*pphead)->next;
	free(*pphead);
	*pphead = next;
}


SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{
	assert(phead);
	SLTNode* pcur = phead;
	while (pcur)
	{
		if (pcur->data==x)
		{
			return pcur;
		}
		pcur = pcur->next;

	}
	return NULL;

}




void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTDataType x, SLTNode* pos)
{
	assert(pphead && pos);
	if (pos == *pphead)
	{
		SLTPushFront(pphead,x);
	}
	else
	{
		SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}
		newnode->next = pos;
		prev->next = newnode;
	}
}



void SLTInsertAfter( SLTDataType x, SLTNode* pos)
{
	assert(pos);
	SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
	newnode->next = pos->next;
	pos->next = newnode;
}



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





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


void SListDestroy(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	SLTNode* pcur = *pphead;
	while (pcur)
	{
		SLTNode* p1 = pcur;
		pcur = pcur->next;
		free(p1);
		p1 = NULL;
	}
	*pphead = NULL;
}