【C语言数据结构】线性表 - 单向链表

原创

阿呆小记 2022-10-23 00:21:52 博主文章分类：C++ ©著作权

文章标签 链表数据结构 c语言结点初始化 文章分类 数据结构与算法人工智能

©著作权归作者所有：来自51CTO博客作者阿呆小记的原创作品，请联系作者获取转载授权，否则将追究法律责任

文章目录

链表

一、单向链表

1.1 创建及初始化基本结构 - 节点
1.2 单链表输出
1.3 单链表尾插
1.4 单链表头插
1.5 单链表尾删
1.6 单链表头删
1.7 单链表查找
1.8 单链表指定position插入
1.9 单链表指定position删除
1.10 合并两个链表
1.11 链表实现多项式求和

顺序表的问题
中间/头部的插入删除，时间复杂度为O(N)
增容需要申请新空间，拷贝数据，释放旧空间。会有不小的消耗。
增容一般是呈2倍的增长，势必会有一定的空间浪费。例如当前容量为100，满了以后增容到 200，我们再继续插入了5个数据，后面没有数据插入了，那么就浪费了95个数据空间。

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。

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_链表

一、单向链表

1.1 创建及初始化基本结构 - 节点

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_结点_02

提到链表，我们可以将其形式上看成现实生活中的火车（理想模型），每节车厢代表了链表中的一个节点。唯一不同的是，链表在物理存储结构上是非连续的、非顺序的：

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_c语言_03

**在创建链表的时候，我们应当从每个基础节点开始，根据图示创建结构体SListNode代表节点，并声明变量data表示节点存储的数据、next 表示下一个节点的地址（指针）。 **

创建链表之前，需要确定结构的组成单位 — 节点。这里我们创建结构体SListNode 用来表示单个节点，并将其数据类型抽取出来自定义为SLTDateType，这样一来方便后续存储内容的数据类型更换，若存储为char类型数据，则只需求改 typedef char SLTDateType; 即可。然后还需要定义一个next变量类型为SListNode* 节点指针变量，通过*操作指针变量指向的内存，用于存储下一个节点的地址，从而使各节点关联起来。

// 自定义数据类型
typedef int SLTDateType;
// 定义链表节点结构体
typedef struct SListNode {
  SLTDateType data;         // 节点中存放的数据
  struct SListNode* next;   // 节点中存放指向下一个节点的指针 
}SListNode;

接着就是链表的初始化操作，我们需要给链表的最初节点进行空间的开辟，使用malloc函数即可：

// 单向链表初始化
SListNode* SListNodeInit(SLTDateType x){
    // 开辟一个节点空间
    SListNode* newnode = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode));
    // 开辟空间失败
    if (newnode == NULL){
        printf("无法给节点开辟空间！\n");
        exit(-1);
    }else{
        // 开辟成功，初始化赋值，节点数据为传入的值
        newnode->data = x;
        newnode->next = NULL;
        return newnode;
    }
}

SListNode* sl;
// 创建新的链表 - 初始化
void Test00() {
     sl = SListNodeInit(1);
}

返回顶部

1.2 单链表输出

链表的打印输出，就是遍历（迭代）链表的每个节点，获取每个节点的数据值进行输出：

// 单链表打印
void SListPrint(SListNode* phead){
  SListNode* curr = phead;   // 定义临时指针
  while (curr != NULL){      // 循环遍历 
    printf("%c->", curr->data);  // 输出每个节点的数据
    curr = curr->next;    // 指针指向下一个节点 
  }
}

返回顶部

1.3 单链表尾插

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_数据结构_04

注意点：二级指针的使用

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_c语言_05

单链表的尾插就是在创建的链表后面依次添加新的节点。

需要考虑两种情况：

若原链表为空，也就是SListNode* newnode = NULL; ，此时我们可直接将新创建的节点赋给原链表
若原链表不为空，我们需要在其尾部进行节点的插入操作

遍历循环获取尾结点tail
将尾结点tail.next 指向新节点

// 单链表尾插
void SListPushBack(SListNode** pphead, SLTDateType x){
  // 通过插入的新值创建新的节点
  SListNode* newnode = SListNodeInit(x);
  // 如果原链表为空
  if ( *pphead == NULL){
    // 直接将新节点作为链表的开始
    *pphead = newnode;
  }else{
    // 如果不为空，循环找到给出链表的尾结点
    SListNode* tail = *pphead;
    while (tail->next != NULL){
      tail = tail->next;
    }
    // 将尾节点指向通过插入的新值创建新的节点，实现节点的尾插
    tail->next = newnode;
  }
}

通过上面的叙述，我们测试一个链表的创建，代码如下：

// 创建新的链表 - 尾插、打印
void Test01() {
  Test00(); // 初始化
  // 尾插
  SListPushBack(&sl, 2);
  SListPushBack(&sl, 3);
  SListPushBack(&sl, 4);
  SListPushBack(&sl, 5);
  // 打印链表
  printf("创建新的链表为：\n");
  SListPrint(sl);
}

测试结果如下：

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_结点_06

返回顶部

1.4 单链表头插

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_c语言_07

单链表的头插：

首先我们需要根据传入的x值创建新的节点
接下来需要考虑插入节点时，原节点是否为空的情况

原节点不为空，此时获取链表的头节点，将newnode.next 指向头节点（newnode作为头节点），原头节点的指针指向新的节点
原节点为空，也就是根据不为空的情况，还是将newnode作为头节点，操作一样，所以包含在了上面的情况之中

// 单链表的头插
void SListPushFront(SListNode** pphead, SLTDateType x) {
  // 通过插入的新值创建新的节点
  SListNode* newnode = SListNodeInit(x);
  // 如果不为空，获取当前链表的第一个节点
  SListNode* head = *pphead;
  // 将新节点作为链表的开始，新链表成为原链表的第一个节点
  newnode->next = head;
  *pphead = newnode;
}

// 测试链表头插
void Test02() {
  Test00(); // 初始化
  Test01(); // 尾插
  // 头插
  SListPushFront(&sl,0);
  SListPushFront(&sl,-1);
  // 打印链表
  printf("新的链表头插结果为：\n");
  SListPrint(sl);
}

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_链表_08

返回顶部

1.5 单链表尾删

初步设计：

// 单链表的尾删
void SListPopBack(SListNode** pphead) {
  SListNode* tail = *pphead;
  // 循环找到尾结点
  while (tail->next != NULL) {
    tail = tail->next ;
  }
  // 释放尾结点
  free(tail);
  // tail下节点地址置空
  tail->next = NULL;
}

野指针问题：

若程序只写到上面，通过如下图所示的步骤后。只是将尾结释放掉了，但是前一个a2所在的指针依然指向删掉尾结点的地址（不存在），这时会出现野指针。

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_c语言_09

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_初始化_10

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_c语言_11

所以还需要将前一个节点的next指针置空

优化：

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_初始化_12

定义一个pre节点，用于存放尾结点的前一个节点，使其在尾删操作后，指向尾结点的指针置空。

与此同时，还需要考虑的情况

若为空链表（删完了），则直接assert断言直接报错。
若只有一个节点，释放删除后直接置空：

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_初始化_13

// 单链表的尾删
void SListPopBack(SListNode** pphead) {
  // 断言：链表为空报错
  assert(*pphead != NULL);
  // 如果链表只有一个元素
  if ((*pphead)->next == NULL) {
        // 释放空间
    free(*pphead);
        // 置空
    *pphead = NULL;
  }else {
    SListNode* tail = *pphead;  // tail 尾结点 
    SListNode* pre = *pphead; // pre 尾结点前一个节点
    // 循环
    while (tail->next != NULL) {
            // 记录尾结点的前一个节点
      pre = tail;
            // 尾结点随循环后移
      tail = tail->next;
    }
    // 直到最后，释放尾结点
    free(tail);
    // tail下一节点地址置空
    tail->next = NULL;
        // pre下一节点地址置空
    pre->next = NULL;
  }
}

测试创建1-4的链表，全部删除后，链表为空（请按任意键继续上面空行）：

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_链表_14

再次进行删除，直接断言报错，退出程序：

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_初始化_15

整体测试：

// 测试链表尾删
void Test03() {
  Test00(); // 初始化
  Test01(); // 尾插
  Test02(); // 头插
  SListPopBack(&sl);
  // 打印链表
  printf("新的链表尾删一次结果为：\n");
  SListPrint(sl);
  SListPopBack(&sl);
  // 打印链表
  printf("新的链表尾删两次次结果为：\n");
  SListPrint(sl);
}

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_初始化_16

返回顶部

1.6 单链表头删

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_数据结构_17

删除头节点，只需要选择当前链表的下一个节点做为新的头节点；将原来的头节点释放掉，最后将头指针指向新的节点即可。

最初考虑了三种情况：

链表为空：断言报错退出
链表只有一个节点：释放唯一节点、置空
链表大于等于两个元素：释放头节点、置空

综上：代码可以进一步优化，将只有一个节点的情况归并到链表不为空的情况即可！

// 单链表头删
void SListPopFront(SListNode** pphead) {
  // 断言：链表为空报错
  assert(*pphead != NULL);
  // 如果链表只有一个元素
  if ((*pphead)->next == NULL) {
        // 释放
    free(*pphead);
        // 置空
    *pphead = NULL;
  }else {
        // 新头节点链表
    SListNode* newhead = (*pphead)->next; 
    // 释放头结点
    free(*pphead);
    *pphead = newhead;
  }
}

// 优化
// 单链表头删
void SListPopFront(SListNode** pphead) {
  // 断言：链表为空报错
  assert(*pphead != NULL);
  // 新头节点链表
  SListNode* newhead = (*pphead)->next; 
  // 释放头结点
  free(*pphead);
  *pphead = newhead;
}

// 测试链表头删
void Test04() {
  Test00(); // 初始化
  Test01(); // 尾插
  Test02(); // 头插
  Test03(); // 尾删
  SListPopFront(&sl);
  // 打印链表
  printf("新的链表头删一次结果为：\n");
  SListPrint(sl);
  SListPopFront(&sl);
  // 打印链表
  printf("新的链表头删两次次结果为：\n");
  SListPrint(sl);
}

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_链表_18

返回顶部

1.7 单链表查找

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_数据结构_19

单链表查找指定数据之后的链表：

因为是查找，不涉及链表值的修改，所以这里我们不需要使用二级指针，使用SListNode* 即可
通过我们指定的数据值，在链表中循环比较值的大小

若值与当前curr节点的值相同，则直接输出当前的链表（值所在节点开始的链表）
若没有找到，直接返回NULL

// 单链表查找
SListNode* SListFind(SListNode* phead, SLTDateType x) {
  // 定义游标节点
  SListNode* curr = phead;
  // 循环遍历每个节点
  while (curr->next!=NULL){
    // 如果节点值为要查找的数据
    if (curr->data == x) {
      // 返回当前链表
      return curr;
    }else {
      // 否则继续移动到下一节点判断
      curr = curr->next;
    }
  }
  // 最终没有找到返回空
  return NULL;
}


// 测试链表查找
void Test05() {
  Test00(); // 初始化
  Test01(); // 尾插
  Test02(); // 头插
  Test03(); // 尾删
  Test04(); // 头删
  SListNode * find = SListFind(sl,2);
  // 打印链表
  printf("查找链表中值为2的地方及其后续：\n");
  SListPrint(find);
}

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_初始化_20

返回顶部

1.8 单链表指定position插入

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_结点_21

// 单链表在pos位置之前插入x
void SListInsert(SListNode** pphead, SListNode* pos, SLTDateType x) {
  // 创建新的插入节点
  SListNode* newnode = SListNodeInit(x);
  // 如果pos等于头节点，即为头插
  if (*pphead==pos) {
    newnode->next = *pphead;
    *pphead = newnode;
  }else {
    // 找到pos的前一个位置
    SListNode* pospre = *pphead;
    // 循环找到指定位置节点的前一个节点
    while (pospre->next != pos) {
      pospre = pospre->next;
    }
    // 指定位置节点的前一个节点为新加入节点
    pospre->next = newnode;
    // 新加入节点的后一个节点为指定位置的节点
    newnode->next = pos;
  }
}

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_c语言_22

// 单链表在pos位置之后插入x
void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLTDateType x) {
    // 创建新的插入节点
    SListNode* newnode = SListNodeInit(x);
    // 新节点后指pos后的节点
    newnode->next = pos->next;
    // pos后指新节点
    pos->next = newnode;
}

由上述两种插入方式可以看出，显然在pos后插入新的节点要简单的多，省去了头插的情况讨论。

同时，pos后插的时候注意要从newnode先往后连接节点再向前连接节点的顺序，否则会发生后节点的丢失。

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_初始化_23

优化：

// 单链表在position位置之后插入x
void SListInsertAfterPosition(SListNode** pphead, int position, SLTDateType x) {
  // 定义游标节点
  SListNode* curr = *pphead;
  // 循环遍历每个节点
  int i = 0;
  while (i < (position-1) && (*pphead)->next) {
    // 否则继续移动到下一节点判断
    curr = curr->next;
    i++;
  }
  // 插入位置判断
  if (!(*pphead)->next || i > position - 1) {
    printf("插入位置不合理！");
    exit(-1);
  }
  SListNode* newnode = SListNodeInit(x);// 创建新的插入节点
  newnode->next = curr->next;          // 新节点后指pos后的节点
  curr->next = newnode;          // pos后指新节点
}

// 测试链表指定位置插入
void Test06() {
  Test00(); // 初始化
  Test01(); // 尾插
  Test02(); // 头插
  Test03(); // 尾删
  Test04(); // 头删
  SListInsertAfterPosition(&sl,1,0);
  // 打印链表
  printf("指定1位置插入后的链表：\n");
  SListPrint(sl);
}

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_链表_24

返回顶部

1.9 单链表指定position删除

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_链表_25

// 单链表删除pos位置的值
void SListErase(SListNode** pphead, SListNode* pos) {
    // 头删
    if (*pphead == pos) {
        *pphead = pos->next;
        free(pos);
    }else {
        // 找到pos的前一个位置
        SListNode* pospre = *pphead;
        // 循环找到指定位置节点的前一个节点
        while (pospre->next != pos) {
            pospre = pospre->next;
        }
        // pos前一个节点指向pos后一个节点
        pospre->next = pos->next;
        // 释放pos
        free(pos);
        pos = NULL;
    }
}

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_c语言_26

// 单链表删除pos位置之后的值
void SListEraseAfter(SListNode* pos) {
  // 找到pos的后一个节点
  SListNode* next = pos->next;
  // pos指向next的下一个节点
  pos->next = next->next;
  // 释放pos后的节点
  free(next);
  next = NULL;
}

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_初始化_27

优化：

// 单链表指定position位置的节点
void SListEraseAfterPosition(SListNode** pphead, int position) {

  // 找到pos的前一个位置
  SListNode* curr = *pphead;
  int i = 0;
  // 循环找到指定位置节点的前一个节点
  while (i < (position - 1) && (*pphead)->next) {
    curr = curr->next;
    i++;
  }
  // 删除位置判断
  if (!(*pphead)->next || i > position - 1) {
    printf("删除位置不合理！");
    exit(-1);
  }
  // 找到position的后一个节点
  SListNode* next = curr->next;
  // position指向next的下一个节点
  curr->next = next->next;
  // 释放pos后的节点
  free(next);
  next = NULL;
}

// 测试链表指定位置删除
void Test07() {
  Test00(); // 初始化
  Test01(); // 尾插
  Test02(); // 头插
  Test03(); // 尾删
  Test04(); // 头删
  Test06(); //指定位置插入
  SListEraseAfterPosition(&sl, 1);
  // 打印链表
  printf("指定1位置删除后的链表：\n");
  SListPrint(sl);
}

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_c语言_28

返回顶部

1.10 合并两个链表

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_数据结构_29

// 合并两个链表
struct SListNode* mergeTwoList(SListNode* l1, SListNode* l2) {
  // 判断l1、l2,若其中一个为空，直接返回另一个
  if (l1 == NULL) return l2;
  if (l2 == NULL) return l1;
  // 定义新链表head存储合并后的，tail记录尾结点
  SListNode* head = NULL, * tail = NULL;
  // 当两个链表都不为空时，循环比较
  while (l1 && l2) {
    // 如果l1的当前节点值小于l2的当前节点值
    if ((l1->data) < (l2->data)) {
      // 刚开始时，head、tail均为空，直接赋为较小的l1
      if (head == NULL) {
        head = tail = l1;
      } else { // 若不为空tail后移一个节点
        tail->next = l1;
        tail = tail->next;
      }
      // 同时l1后移一个节点，准备下一次比较
      l1 = l1->next;
    } else { // 同理，如果l1的当前节点值大于l2的当前节点值
      if (head == NULL) {
        head = tail = l2;
      } else {
        tail->next = l2;
        tail = tail->next;
      }
      l2 = l2->next;
    }
  }
  // 如果l1、l2中任一为空，直接将另一个添加
  if (l1) {
    tail->next = l1;
  }
  if (l2) {
    tail->next = l2;
  }
  return head;
}

void  Test02() {
  SListNode* l1 = SListNodeInit(3);
  printf("合并前的两个链表：\n");
  // 尾插
  SListPushBack(&l1, 7);
  SListPushBack(&l1, 8);
  SListPushBack(&l1, 9);
  SListPrint(l1);
  SListNode* l2 = SListNodeInit(2);
  // 尾插
  SListPushBack(&l2, 5);
  SListPushBack(&l2, 7);
  SListPrint(l2);
  // 合并链表
  SListNode * merge  = mergeTwoList(l1, l2);
  // 打印
  printf("合并后的两个链表：\n");
  SListPrint(merge);
}

// 测试合并两个链表
void  Test08() {
  SListNode* l1 = SListNodeInit(3);
  printf("合并前的两个链表：\n");
  // 尾插
  SListPushBack(&l1, 7);
  SListPushBack(&l1, 8);
  SListPushBack(&l1, 9);
  SListPrint(l1);
  SListNode* l2 = SListNodeInit(2);
  // 尾插
  SListPushBack(&l2, 5);
  SListPushBack(&l2, 7);
  SListPrint(l2);
  // 合并链表
  SListNode * merge  = mergeTwoList(l1, l2);
  // 打印
  printf("合并后的两个链表：\n");
  SListPrint(merge);
}

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_结点_30

返回顶部

1.11 链表实现多项式求和

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_c语言_31

多项式的求和类似于链表的合并，首先定义新的front链表存储合并结果，将链表的节点定义为三部分：a-多项式系数，b-多项式指数，next-指向下一个节点。依次比较多项式链表的每一个节点中指数 b 的大小：

如果两多项式的指数相同，并且系数和不为零，对front进行新的节点尾插，p1、p2同时后移一个节点；
若p1.b > p2.b，尾插p2当前节点，p2向后移一个节点；
若p1.b < p2.b，尾插p1当前节点，p1向后移一个节点；

如果任一链表为空（遍历比较完成），则将另一链表剩余节点添加至front

// 多项式的尾插
void PolyPushBack(Poly** p, PolyDateType d1, PolyDateType d2) {
  // 创建新的多项式节点
  Poly* newPoly = createPolyn(d1, d2);
  // 如果原链表为空，则直接令新的节点作为链表开始
  if (*p == NULL) {
    *p = newPoly;
  }
  else {
    // 循环链表找到尾结点
    Poly* tail = *p;
    while (tail->next != NULL) {
      tail = tail->next;
    }
    // 将尾结点指向新创的节点
    tail->next = newPoly;
  }
}

//比较两个结点的指数大小
int Compare(PolyDateType e1, PolyDateType e2)
{
  if (e1 > e2)
    return 1;
  else if (e1 < e2)
    return -1;
  else
    return 0;
}

// 两个多项式求和
Poly* AddTwoPolyn(Poly* p1, Poly* p2) {
  Poly* front = NULL;  // 相加后的链表的头指针
  // 遍历两个多项式
  while (p1 && p2) {
    switch (Compare(p1->b, p2->b)) {
    case 0: {
      // 如果两个多项式的指数相同，则系数相加
      PolyDateType sum = (p1->a) + (p2->a);
      if (sum) {
        // 尾插求和的多项式
        PolyPushBack(&front, sum, p1->b);
      }
      // 多项式同时后移
      p1 = p1->next;
      p2 = p2->next;
      break;
    }
    case 1:
      PolyPushBack(&front, p2->a, p2->b);
      p2 = p2->next;
      break;
    case -1:
      PolyPushBack(&front, p1->a, p1->b);
      p1 = p1->next;
      break;
    }
  }

  while (p1) {  //将P1剩余项尾插到链表后面
    PolyPushBack(&front, p1->a, p1->b);
    p1 = p1->next;
  }

  while (p2) {  //将P1剩余项尾插到链表后面
    PolyPushBack(&front, p2->a, p2->b);
    p2 = p2->next;
  }
  return front; //返回新链表
}

【C语言数据结构】线性表 - 单向链表_数据结构_32

返回顶部

上一篇：【Spring Cloud】RestAPI、RestClient操作索引、文档

下一篇：【C语言数据结构】线性表 - 顺序表的实现

提问和评论都可以，用心的回复会被更多人看到评论

发布评论

相关文章

官方博客	全部文章	热门标签	班级博客
了解我们	网站地图	意见反馈

鸿蒙开发者社区	51CTO学堂
51CTO	软考资讯