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带你玩转数据结构-单链表(适合初学者的文章,讲解的很仔细哦)
简介带你玩转数据结构-单链表(适合初学者的文章,讲解的很仔细哦)
前言:
?个人主页:? :✨✨✨初阶牛✨✨✨
?推荐专栏: ??? C语言进阶
?个人信条: ?知行合一
?本篇简介:>:讲解数据结构中链表的知识,;链表的分类,c语言实现单链表常见接口等.
金句分享:
✨山不向我走来,我便向山走去.✨
目录
一、链表介绍
顺序表缺点：
- 中间/头部的插入删除，时间复杂度为O(N),因为需要移动数据.
- 增容需要申请新空间，特别是异地扩容,拷贝数据，释放旧空间。消耗不小。
- 增容不是一次增容到位,而是每次增容后判断是否符合要求，并且增容一般是2倍增容,一次次扩容消耗太大.
- 除此之外,还可能有一定的空间浪费。
例如:当前容量为200，如果有201个待插入数据,势必要增容到400(原来容量的两倍),这样就浪费了199个空间.
我们不妨来看一下链表的存储结构.
链表的概念:
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.也是属于线性表的一种.
?栗子
单链表的结点声明:
typedef int DateType;
typedef struct SListN0de
{
DateType Date;//数据域
struct SListN0de* next;//指针域
}SLTNode;
结点:
1.1 链表结构图:
通过上图我们不难知道:
- 链表在逻辑上是连续的(next指针,指向下一个结点,链接在一起),而物理上可能连续,也可能不连续.
- 链表是由一个个结点链接在一起组成的,每个结点其实是
malloc在堆区上申请的,所以地址可能连续,也可能不连续.
1.2 链表分类(图解分析)
共有八种链表,我们主要学习不带头单向链表与带头双向链表,学会这两种,其它的大同小异,写起来并不苦难.
单向、双向:
不带头、带头:
带头与不带头的区别在于:
带头:链表是通过一个特殊的结点—头结点指向链表的第一个有效结点.
不带头:通过结点指针指向链表的第一个有效结点.
头结点作用:传送门
不须换、循环:
重点掌握:
- 无头单向非循环链表(本篇重点)：结构简单，一般不会单独用来存数据。实际中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,因为单链表不能回头,可以考察的地方很多.
- 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。这种结构的链表虽然结构复杂,但是优势也很明显,并且实现起来反而很简单.后续跟着学到了就可以理解了.
二、单链表实现:
2.1 链表的"结点"声明:
typedef int DateType;
typedef struct SListN0de
{
DateType Date;//数据域
struct SListN0de* next;//指针域
}SLTNode;
单链表初始化:
单链表是不需要初始化操作的,只需要创建一个结点指针就行.初始状态:指针指向NULL.
头指针:
SLTNode* plist=NULL;
2.2 "插入"元素操作.
我们需要插入数据时,只需要申请一个结点,将数据放入结点,然后将结点链接起来就行.
单链表的"尾插":
单链表的尾插步骤:
- 找尾:
由于单链表的结点之间不一定是连续存储的,不支持向顺序表那样的随机访问,需要通过遍历才能找到目标结点. - 将最后一个结点的next指向新节点.
图解:
那如果链表本身就是空链表呢?
此时需要修改头指针,将头指针指向这个新节点.
注意:
-
需要传二级指针:
这点很重要,因为需要修改头指针,而头指针的类型是:SLTNode*,相信友友们学到这里应该知道,如果想要在函数中形参的改变影响实参,则需要传址调用,通过地址来影响实参.
那么,指针的地址是?二级指针相信友友们应该没有忘记.??? -
断言,这里需要灵活断言.
"尾插"函数声明:
void PushBack(SLTNode** pphead, DateType x)
pphead需要断言:
pphead是指向 *pphead(一级指针/头指针)的指针,即值存储的是头指针的地址,只要头指针存在,则不为空.而头指针一定存在.
*phead不能断言:
*phead是头指针,头指针在链表为空时,头指针的值是NULL,所以不能断言.
链表中有数据时,指向第一个结点,值是第一个结点的地址.
- 头指针是很重要的一个指针,我们都是通过头指针找到链表的,所以,除了头插需要修改头指针以外,其他插入都不能修改头指针,所以我们需要创建一个临时指针:
SLTNode*tail = *pphead代替头指针找尾.
代码:
void PushBack(SLTNode** pphead, DateType x)
{
assert(pphead);//如果头指针的地址为NULL,则报错.
SLTNode*tail = *pphead;//创建一个指针代替头指针遍历
SLTNode* newnode = BuyNode(x);
//*pphead代表代表头指针,phead表示头指针的地址
//如果*pphead指向NULL,说明为空链表
if (*pphead == NULL)
{
//这里可以使用tail代替*phead吗?
//不能,因为这里要改变的是,头结点的指针,需要用二级指针(解引用)来改变
*pphead = newnode;//空链表是将头指针指向新节点
}
else
{
//找尾巴,画图解析
//这里可以使用tail,是因为,要改变的是结构体的内容,只需要用结构体指针(解引用)就行
while ( tail->next != NULL)//如果该节点的下一个节点是空指针则停止循环
{
tail = tail->next;
}
tail->next = newnode;//让尾节点的next指向新节点.
}
}
单链表的"头插"
尾插是不是显得有些麻烦?那我们试着看一下头插.
头插步骤:
- 创建一个新节点.
- 将新节点指向头指针指向的结点.
- 更新头指针(头指针指向新节点)
图解:
代码实现:
//写法1
void PushFront(SLTNode** pphead, DateType x)
{
assert(pphead);
SLTNode* newnode = BuyNode(x);
//下面两句的顺序不能变
newnode->next = *pphead;
*pphead = newnode;
}
写法2:
//写法2
void PushFront(SLTNode** pphead, DateType x)
{
assert(pphead);
SLTNode* newnode = BuyNode(x);
SLTNode* phead = *pphead;//创建一个临时指针,保存一下头指针指向的头结点.
//顺序随便改
*pphead = newnode;
newnode->next = phead;
}
两种方法都比较好理解,也很简单,单链表的头插效率很高,不需要遍历,
指定位置之后"插入"新节点
该函数很简单,只需要通过查找目标结点函数找到目标结点的位置,然后将将新节点链接上去就行了.
步骤:
- 将新节点的指针域(
next)指向指定结点的下一个结点. - 将指定位置的结点的指针域(
next)指向新节点,
图解:
//使用此函数之前可以先使用,查找目标结点函数(SListFind),找到位置先
void SLTInsertBack( SLTNode* pos, DateType x)
{
assert(pos);
SLTNode* newnode = BuyNode(x);
newnode->next = pos->next;
pos->next = newnode;
}
"申请新节点"函数
新节点都是使用malloc函数动态申请的.函数实现很简单,相信聪明的友友们可以理解,牛牛就不过介绍了.
SLTNode* BuyNode(DateType x)//创建新结点
{
SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
assert(newnode);//防止申请结点失败
newnode->Date = x;
newnode->next = NULL;
return newnode;
}
2.3 "删除"元素操作.
因为链表的结点都是动态申请的,所以链表的删除操作需要将目标结点释放,同时为了保护原有的链表结构,需要将受目标结点的其他结点也灵活修改.
单链表的"尾删"
"删除结点"步骤:
- 处理特殊情况,如果头指针指向NULL,空链表不能执行删除操作.
- 找倒数第二个结点,方法:
tail->next->next != NULL因为最后一个结点的next=NULL;
数据结构记得多画图哦,有助于我们理解. - 先释放尾结点(
tail->next),再将倒数第二个结点的next置空NULL - 处理特殊情况:如果链表就只有一个结点,就不存在倒数第二个结点,此时直接释放头结点,并将头结点置空.
图解:
//尾删
void PopBack(SLTNode** pphead)
{
assert(pphead);//二级指针不可能为空,如果为空就一定是传错了
assert(*pphead);//防止空链表的删除操作
SLTNode* tail = *pphead;//创建一个指针代替头指针遍历
if (tail->next == NULL) {
free(tail);
tail= NULL;
}
else {
while (tail->next->next != NULL)
{
tail = tail->next;
}
free(tail->next);
tail->next = NULL;
}
}
单链表的"头删":
同样,单链表的"头删"也是很简单的操作.
步骤:
- 将头结点记录一下.
- 将头指针指向第二个结点.
- 释放头结点.
void PopFront(SLTNode** pphead)
{
assert(pphead);//二级指针不可能为空,如果为空就一定是传错了
assert(*pphead);//防止空链表的删除操作
SLTNode* head = *pphead;
*pphead = ( * pphead)->next;
free(head);
}
思考:
需不需要单独去考虑,如果链表只有一个结点的特殊情况?
答案:
不需要,因为如果链表只有一个结点,头删将头指针指向第二个结点,刚好是指向NULL,也是符合要求的.
单链表的"删除"指定的目标结点
步骤:
- 通过查找目标结点函数
SListFind(下面牛牛讲了),找到目标结点的地址. - 将目标结点的前驱结点指向目标结点的后继结点.
- 释放目标结点.
- 特殊情况:如果是头删,需要修改头结点,让其指向第二个结点.
图解:
代码实现:
//告诉位置(建议配合SListFind函数一起使用),删除第一个出现该值的节点
void SlitErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
assert(pphead);//二级指针不可能为空,如果为空就一定是传错了
assert(*pphead);//防止空链表的删除操作
assert(pos);
SLTNode* cur = *pphead;//创建一个指针代替头指针遍历
if (cur == pos) {//如果目标结点是头结点这种特殊情况
SLTNode* next = cur->next;
free(cur);
*pphead = next;
}
else {
while (cur->next != pos && cur->next != NULL)//遍历寻找目标结点
{
cur = cur->next;
}
cur->next = pos->next;//将目标结点的前驱指向目标结点的后继
free(pos);
}
}
2.4 "查找"目标结点函数
单链表查找目标结点只需要遍历一遍这个链表即可,如果目标结点有多个,则只返回第一个遇到的目标结点,找不到目标结点则返回NULL.
函数很简单,牛牛不过多介绍了.
SLTNode* SListFind(SLTNode* phead, DateType x)
{
SLTNode* cur = phead;//代替头指针遍历链表
while (cur)
{
if (cur->Date == x)
{
return cur;
}
cur = cur ->next;
}
return NULL;
}
2.5 单链表的"打印"
单链表的打印很简单,遍历打印就行了.
void Print(SLTNode* phead)//链表的打印
{
//assert(phead);
SLTNode* cur = phead;
while (cur)
{
printf("%d->", cur->Date);
cur = cur->next;
}
printf("NULL
");
}
2.6 单链表的"销毁"
步骤:
- 创建
next指针保存要删除节点的下一个结点. - 将要删除的结点释放.
- 将要删除的结点更新到
next - 继续执行1
//单链表的销毁
void SLTDestroy(SLTNode* phead)//这个函数不会将头指针置空,要使用该函数的人自己置空
{
SLTNode* del = phead;
SLTNode* next = phead;//用于记录下一个结点
while (next)
{
next = next->next;
free(del);
del = next;
}
//保持习惯置空
next == NULL;
del = NULL;
}
希望这篇文章对大家有帮助。欢迎小伙伴们私信提意见和提问哦！
最后，小伙伴们的点赞就是给牛牛最大的支持，能不能给牛牛来一个一键三连呢？谢谢支持。
三、总代码
测试区(test.c)
//test.c 主函数区域,用于测试接口
#include "SList.h"
void test1()
{
SLTNode* plist=NULL;
printf("插入0,1,2,3,4,5,6,7,8,9之后:
");
PushBack(&plist, 1);
PushBack(&plist, 2);
PushBack(&plist, 3);
PushBack(&plist, 4);
PushBack(&plist, 5);
PushBack(&plist, 6);
PushBack(&plist, 7);
PushBack(&plist, 8);
PushBack(&plist, 9);
//头插
PushFront(&plist, 0);
Print(plist);
printf("尾删一次后:
");
PopBack(&plist);
Print(plist);
printf("头删一次后:
");
PopFront(&plist);
Print(plist);
printf("删除第一次出现元素7的结点后:
");
SlitErase(&plist, SListFind(plist, 7));
Print(plist);
printf("在第一个出现5值的结点后面插入一个值为666的结点
");
SLTInsertBack(SListFind(plist, 5), 666);
Print(plist);
SLTDestroy(plist);
plist == NULL;
}
int main()
{
test1();
return 0;
}
接口实现区(SList.c)
#include "SList.h"
SLTNode* BuyNode(DateType x)//创建新结点
{
SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
assert(newnode);
newnode->Date = x;
newnode->next = NULL;
return newnode;
}
void PushBack(SLTNode** pphead, DateType x)
{
assert(pphead);
SLTNode*tail = *pphead;//创建一个指针代替头指针遍历
SLTNode* newnode = BuyNode(x);
//cur代表代表头指针,phead表示头指针的地址
//如果cur指向NULL,说明为空链表
if (*pphead == NULL)
{
//这里可以使用tail代替*phead吗?
//不能,因为这里要改变的是,头结点的指针,需要用二级指针(解引用)来改变
*pphead = newnode;//空链表是将头指针指向新节点
}
else
{
//找尾巴,画图解析
//这里可以使用tail,是因为,要改变的是结构体的内容,只需要用结构体指针(解引用)就行
while ( tail->next != NULL)
{
tail = tail->next;
}
tail->next = newnode;
}
}
//头插(错误示例)
//void PushFront(SLTNode** pphead, DateType x)
//{
// assert(pphead);
// SLTNode* phead = *pphead;
// SLTNode* newnode = BuyNode(x);
// //下面两句的顺序不能变,除非再创一个结点保phead
// newnode->next = phead;
// phead= newnode;
//}
//
正确写法1
//void PushFront(SLTNode** pphead, DateType x)
//{
// assert(pphead);
// SLTNode* newnode = BuyNode(x);
// //下面两句的顺序不能变,除非再创一个结点保phead
// newnode->next = *pphead;
// *pphead = newnode;
//}
//写法2
void PushFront(SLTNode** pphead, DateType x)
{
assert(pphead);
SLTNode* newnode = BuyNode(x);
SLTNode* phead = *pphead;
//顺序随便改
*pphead = newnode;
newnode->next = phead;
}
//尾删
void PopBack(SLTNode** pphead)
{
assert(pphead);//二级指针不可能为空,如果为空就一定是传错了
assert(*pphead);//防止空链表的删除操作
SLTNode* tail = *pphead;//创建一个指针代替头指针遍历
if (tail->next == NULL) {
free(tail);
tail= NULL;
}
else {
while (tail->next->next != NULL)
{
tail = tail->next;
}
free(tail->next);
tail->next = NULL;
}
}
void PopFront(SLTNode** pphead)
{
assert(pphead);//二级指针不可能为空,如果为空就一定是传错了
assert(*pphead);//防止空链表的删除操作
SLTNode* head = *pphead;
*pphead = ( * pphead)->next;
free(head);
}
SLTNode* SListFind(SLTNode* phead, DateType x)
{
SLTNode* cur = phead;
while (cur)
{
if (cur->Date == x)
{
return cur;
}
cur = cur ->next;
}
printf("找不到:
");
return NULL;
}
void SlitErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
assert(pphead);//二级指针不可能为空,如果为空就一定是传错了
assert(*pphead);//防止空链表的删除操作
assert(pos);
SLTNode* cur = *pphead;//创建一个指针代替头指针遍历
if (cur == pos) {//如果目标结点时头结点
SLTNode* next = cur->next;
free(cur);
*pphead = next;
}
else {
while (cur->next != pos && cur->next != NULL)//遍历寻找目标结点
{
cur = cur->next;
}
cur->next = pos->next;//将目标结点的前驱指向目标结点的后继
free(pos);
}
}
void SLTInsertBack( SLTNode* pos, DateType x)
{
assert(pos);
SLTNode* newnode = BuyNode(x);
newnode->next = pos->next;
pos->next = newnode;
}
void Print(SLTNode* phead)//链表的打印
{
//assert(phead);
SLTNode* cur = phead;
while (cur)
{
printf("%d->", cur->Date);
cur = cur->next;
}
printf("NULL
");
}
void SLTDestroy(SLTNode* phead)//这个函数不会将头指针置空,要使用该函数的人自己置空
{
SLTNode* del = phead;
SLTNode* next = phead;//用于记录下一个结点
while (next)
{
next = next->next;
free(del);
del = next;
}
//保持习惯置空
next == NULL;
del = NULL;
}
函数声明区(SList.h)
#pragma once
#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>
typedef int DateType;
typedef struct SListN0de
{
DateType Date;
struct SListN0de* next;
}SLTNode;
//尾插
void PushBack(SLTNode** pphead, DateType x);
//尾删
void PopBack(SLTNode** pphead);
//头插
void PushFront(SLTNode** pphead, DateType x);
//头删
void PopFront(SLTNode** pphead);
//告诉值,返回结点的地址
SLTNode* SListFind(SLTNode* phead, DateType x);
//告诉位置(建议配合SListFind函数一起使用),删除第一个出现该值的节点
void SlitErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos);
//告诉位置,在位置后面插入
void SLTInsertBack( SLTNode* pos, DateType x);
struct SListN0de* BuyNode(DateType x);//创建新节点
void Print(SLTNode* phead);//链表的打印
// 单链表的销毁
void SLTDestroy(SLTNode* phead);
风语者！平时喜欢研究各种技术，目前在从事后端开发工作，热爱生活、热爱工作。
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