史上最全单链表的增删改查反转等操作汇总以及5种排序算法(C语言)

文章目录

• • 1.链表的定义
  • 2.准备工作
  • 3.创建链表
  • 4.打印链表
  • 5.在节点后面插入元素
  • 6.在元素前面插入元素
  • 8.根据传入的数值查询链表
  • 9.修改链表元素
  • 10.求链表长度
  • 11.前驱，后继节点的查找
  • 12.倒置链表
  • 13.判断链表是否有环

1.链表的定义

  链表，别名链式存储结构或单链表，用于存储逻辑关系为 “一对一” 的数据。链表中每个数据的存储都由以下两部分组成：
  1.数据元素本身，其所在的区域称为数据域。
  2.指向直接后继元素的指针，所在的区域称为指针域。

  图 3 所示的结构在链表中称为节点。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 4 所示：

  因此，链表中每个节点的具体实现，需要使用 C 语言中的结构体，具体实现代码如下。

2.准备工作

  首先包含头文件，定义链表结构体，产生随即链表的范围，定义全局头尾节点。

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#define MAX 10/*定义链表*/typedef struct Node 
{int data;struct Node *next;  }Node;/*定义全局头尾节点*/Node *head = NULL;Node *end = NULL;

3.创建链表

/*根据传入的参数添加链表节点*/int CreatList(int a){/*定义临时结构体并分配空间*/Node *temp = (Node *)malloc(sizeof(Node));if (temp ==NULL){printf("malloc error!");return -1;}else{/*给数据类型赋值*/
		temp->data = a;
		temp->next = NULL;/*如果链表长度为0*/if (head == NULL){
			head = temp; 
			end = temp;    
		}else{
			end->next = temp;
			end = temp;}}  }

4.打印链表

/*打印链表*/void PrintList(Node *temp){if(temp == NULL){printf("Empty List！\r\n");}while (temp){   printf("%d",temp->data);   temp = temp->next;
	   if(temp)
	   printf("->");}printf("\r\n");}

5.在节点后面插入元素

  向链表中增添元素，根据添加位置不同，可分为以下 3 种情况：
  1.插入到链表的头部（头节点之后），作为首元节点；
  2.插入到链表中间的某个位置；
  3.插入到链表的最末端，作为链表中最后一个数据元素；

  虽然新元素的插入位置不固定，但是链表插入元素的思想是固定的，只需做以下两步操作，即可将新元素插入到指定的位置：
  a.将新结点的 next 指针指向插入位置后的结点；
  b.将插入位置前结点的 next 指针指向插入结点；

  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：

/*根据传入的数，在其后面增加元素*/int InsertListEnd(int index,int a){if (head == NULL){printf("Empty List！\r\n");return 0;}if (FindList(index)->next == FindList(a))return 0;else{
	  /*找到传入值的位置并保存*/
		Node *temp = FindList(index);/*分配空间存放新的传入的值*/
		Node *pt = (Node *)malloc(sizeof(Node));
		pt->data = a;/*是否是最后一个元素*/if (temp == end){//尾巴的下一个指向新插入的节点
			end->next = pt;//新的尾巴
			end = pt;
			end->next = NULL;}else{// 先连后面 （先将要插入的节点指针指向原来找到节点的下一个）
			pt->next = temp->next;//后连前面
			temp->next = pt;printf("The list after insert %d is \r\n",a);PrintList(head);}}}

6.在元素前面插入元素

/*根据传入的数，在其前面增加元素*/int InsertListHead(int index,int a){if (head == NULL){printf("Empty List！\r\n");return 0;}

	   /*找到传入值的位置并保存*/
		Node *temp = FindList(index);/*分配空间存放新的传入的值*/
		Node *pt = (Node *)malloc(sizeof(Node));
		pt->data = a;/*是否是第一个元素*/if (temp == head){//尾巴的下一个指向新插入的节点
			pt->next = head;//新的头
			head = pt;}else{/*寻找到要插入位置的前驱节点*/
			Node *pre = FindPreNode(temp);
			pre->next = pt;
			pt->next = temp;printf("The list after insert %d is \r\n",a);PrintList(head);}}

### 7.删除链表元素，要注意删除链表尾还是链表头
  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：

  1.将结点从链表中摘下来;
  2.手动释放掉结点，回收被结点占用的存储空间;

  其中，从链表上摘除某节点的实现非常简单，只需找到该节点的直接前驱节点 temp，执行一行程序：

```c
temp->next=temp->next->next;
```

  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 2 所示：

/*删除链表头*/void DeleteListHead(){ //记住旧头
	Node *temp = head;//链表检测if (NULL == head){printf("Empty list!\n");return;}

	head = head->next; //头的第二个节点变成新的头free(temp);}/*尾删除————删*/void DeleteListTail(){if (NULL == end){printf("链表为空，无需删除\n");return;}//链表不为空//链表有一个节点if (head == end){free(head);
		head = NULL;
		end = NULL;}else{//找到尾巴前一个节点
		Node *temp = head;while (temp->next != end){
			temp = temp->next;}//找到了，删尾巴//释放尾巴free(end);//尾巴迁移
		end = temp;//尾巴指针为NULL
		end->next = NULL;}}/*删除链表任意元素*/void DeleteList(int a){
   //链表判断 是不是没有东西if (NULL == head){printf("Empty list!\n");return;}//链表有东西，找这个节点
	 Node *temp = FindList(a);if (NULL == temp){printf("%d not find\r\n",a);return;}//找到了,且只有一个节点if (head == end){free(head);
		head = NULL;
		end = NULL;printf("The list after delete %d is empty!\r\n",a);   
	}else if (head->next == end) //有两个节点{//看是删除头还是删除尾if (end == temp){DeleteListTail();printf("The list after delete %d is \r\n",a);PrintList(head);}else if (temp == head){DeleteListHead();printf("The list after delete %d is \r\n",a);PrintList(head);}}else //多个节点{//看是删除头还是删除尾if (end == temp)DeleteListTail();else if (temp == head)DeleteListHead();else //删除中间某个节点{//找要删除temp前一个，遍历
			Node *pt = head;while (pt->next != temp){
				pt = pt->next;}//找到了//让前一个直接连接后一个 跳过指定的即可
			pt->next = temp->next;free(temp);printf("The list after delete %d is \r\n",a);PrintList(head);}}}

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8.根据传入的数值查询链表

/*根据传入的数值，查询链表*/Node *FindList(int a){Node *temp = head;if(head == NULL){printf("Empty List！\r\n");return NULL;}
  else{   while (temp)   {   if (temp->data == a)   {printf("%d find!\r\n",a);return temp;   }   temp = temp->next;   }printf("%d not find!\r\n",a);return 0;}}

9.修改链表元素

/*修改链表元素,element为要修改的元素，modify为修改后的值*/void ModifyList(Node *phead,int element,int modify){
	Node *temp = phead;while((temp!= NULL)){if(temp->data == element){
			temp->data	= modify;}	
		temp = temp->next;}}

10.求链表长度

/*求链表长度并返回*/int LengthList(Node *temp){int length = 0;while (temp){length++;temp = temp->next;}return length;}

11.前驱，后继节点的查找

Node *FindPreNode(Node *p){
	Node *temp = head;/*寻找p的前驱节点*/if(p == head){printf("%d is head node\r\n",p->data);return NULL;}else{while((temp->next != p) && (temp !=NULL)){
			
			temp = temp->next;}return temp;}}Node *FindNextNode(Node *p){
	Node *temp = head;/*寻找p的后继节点*/while(temp &&(temp != p)){
		temp = temp->next;}/*先不判断是否为尾节点，尾节点NULL也可以赋值*/
	temp = temp->next;return temp;
	 }

12.倒置链表

/*方法一：倒置链表*/Node *InvertList(Node *phead){if(phead == NULL || phead->next == NULL){return phead;}else{Node *p = phead;Node *q = NULL;Node *r = NULL;while(p != NULL){/*保存下一个节点*/q = p->next;/*让该节点指向上一个节点*/p->next = r;/*上一个节点走到当前节点*/r = p;/*当前节点走到下一个节点*/p = q;}
				head = r;return head;}}/*方法二：倒置链表*/
 Node *ReverseList(Node *phead){/*创建一个新链*//*两个指针，一个指向新的链表，一个指向单个断开的节点元素。连接起来*/Node *ptmp = NULL;Node *tmp = NULL;/*处理链表为空*/if(NULL == phead){printf("link is empty\n");return NULL;}else{/*将旧链上的结点链到新链上*/while(phead != NULL){tmp = phead;phead = phead->next;/*连接到上一次存下来的连表上。第一次时，ptmp为空，整个链表赋值给tmp后只剩下第一个元素*/tmp->next = ptmp;/*新的链表赋值给ptmp*/ptmp = tmp;}}
		head = ptmp;return ptmp;}

13.判断链表是否有环

/*判断链表有环*/int Is_Circular(Node *phead){if(phead == NULL || phead->next == NULL){return 0;       }/*快慢指针，当二者相等时，一定有环*/Node *p1 = phead;Node *p2 = phead;while(p1 != NULL && p2 != NULL){p2 = p2->next; if(p1 == p2)return 1;p2 = p2->next;p1 = p1->next;}return 0;}

测试函数

int main (){int i = 0;  /*设置获得随机数的种子（固定代码，没有这句，随机数是固定不变的）测试可以不加*/srand((int)time(0)); for (i =5;i>0;i--)CreatList(rand()%MAX);// CreatList(i);printf("新创建的的链表为:");PrintList(head);InsertListHead(4,10);printf("在4前插入10后的链表为:");PrintList(head);InsertListEnd(4,10);printf("在4后插入10后的链表为:");PrintList(head);DeleteList(0);printf("删除0后的链表为:");PrintList(head);
	Node *p = FindList(7);
	Node *q = FindList(4);ModifyList(head,1,15);printf("修改1为15后的链表为:");PrintList(head);ReverseList(head);printf("反转后的链表为:");PrintList(head);printf("链表长度为:%d",LengthList(head));return 0;}

测试截图

关于排序算法的讲解将在下节单链表的5种排序算法介绍。

以上代码均为测试后的代码。如有错误和不妥的地方，欢迎指出。