【数据结构】线性表之链表-Toy模板网

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前言

上一篇文章讲述了线性表中的顺序表，这篇文章讲述关于链表的定义、类别、实现、多种不同链表的优缺点和链表与顺序表的优缺点。
关于上一篇文章的链接：线性表之顺序表

一、链表的定义

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。

【数据结构】线性表之链表

二、链表的分类

1. 单向和双向

【数据结构】线性表之链表

2. 带头和不带头

【数据结构】线性表之链表

3. 循环和不循环

【数据结构】线性表之链表

4. 常用（无头单向非循环链表和带头双向循环链表）

【数据结构】线性表之链表

三、无头单向非循环链表的接口及实现

1. 单链表的接口

#pragma once
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>

// slist.h
typedef int SLTDateType;
typedef struct SListNode
{
	SLTDateType data;
	struct SListNode* next;
}SListNode;

// 动态申请一个节点
SListNode* BuySListNode(SLTDateType x);
// 单链表打印
void SListPrint(SListNode* plist);
// 单链表尾插
void SListPushBack(SListNode** pplist, SLTDateType x);
// 单链表的头插
void SListPushFront(SListNode** pplist, SLTDateType x);
// 单链表的尾删
void SListPopBack(SListNode** pplist);
// 单链表头删
void SListPopFront(SListNode** pplist);
// 单链表查找
SListNode* SListFind(SListNode* plist, SLTDateType x);
// 单链表在pos位置之后插入x
void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLTDateType x);
// 单链表删除pos位置之后的值
void SListEraseAfter(SListNode* pos);
// 单链表的销毁
void SListDestroy(SListNode* plist);

2. 接口的实现

#include "slist.h"

SListNode* BuySListNode(SLTDateType x)
{
	//创造新节点
	SListNode* newnode = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return NULL;
	}
	//新节点初始化
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	return newnode;
}

void SListPushBack(SListNode** pplist, SLTDateType x)
{
	//这里使用二级指针的原因是：
	//若链表为空，需要改变的就是结构体指针，需要结构体指针的地址
	//若传入的是一级指针，这里传入的只是临时拷贝，无法改变函数外的变量
	if (*pplist == NULL)
	{
		*pplist = BuySListNode(x);
	}
	//若不为空，需要改变的是结构体，只需要结构体的指针
	else
	{
		SListNode* tail = *pplist;
		SListNode* newnode = BuySListNode(x);
		while (tail->next)
		{
			tail = tail->next;
		}

		tail->next = newnode;
	}

}

void SListPrint(SListNode* plist)
{
	while (plist)
	{
		printf("%d->", plist->data);
		plist = plist->next;
	}
	printf("NULL");
}

void SListPushFront(SListNode** pplist, SLTDateType x)
{
	//这里使用二级指针的原因是：每次头删都需要改变头节点
	SListNode* newnode = BuySListNode(x);
	
	newnode->next = *pplist;
	*pplist = newnode;
}

//无头单链表尾删删除节点的时候有三种情况
void SListPopBack(SListNode** pplist)
{
	//没有节点
	assert(*pplist);

	//一个节点
	if ((*pplist)->next == NULL)
	{
		free(*pplist);
		*pplist = NULL;
	}
	//多个节点
	else
	{
		//尾删既可以找尾找尾的前一个节点，也可以创造一个变量记录尾节点的前一个节点

		//创造一个变量记录尾节点的前一个节点
		//	SListNode* tail = *pplist;
		//	SListNode* prev = NULL;
		//	while (tail->next)
		//	{
		//		prev = tail;
		//		tail = tail->next;
		//	}

		//	free(prev->next);
		//	prev->next = NULL;
		
		//找尾找尾的前一个节点
		SListNode* tail = *pplist;
		while (tail->next->next)
		{
			tail = tail->next;
		}

		free(tail->next);
		tail->next = NULL;
	}
}

//无头单链表头删删除节点的时候有三种情况，但只有一个节点和多个节点的情况可以合并
void SListPopFront(SListNode** pplist)
{
	//无节点时
	assert(*pplist);
	
	//有节点时
	SListNode* del = *pplist;
	*pplist = del->next;
	free(del);
}

SListNode* SListFind(SListNode* plist, SLTDateType x)
{
	SListNode* cur = plist;
	while (cur)
	{
		if (cur->data == x)
			return cur;
		cur = cur->next;
	}
	return NULL;
}

void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLTDateType x)
{
	//断言：在pos后面插入一个节点，最差的情况是pos为尾节点，但不能为NULL
	assert(pos);
	SListNode* cur = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode));
	if (cur == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return;
	}
	cur->data = x;
	cur->next = pos->next;
	pos->next = cur;
}

void SListEraseAfter(SListNode* pos)
{
	//需要删除节点的前一个节点不能为NULL，删除节点也不能为NULL
	assert(pos);
	assert(pos->next);
	
	SListNode* next = pos->next;
	pos->next = next->next;
	free(next);
}

void SListDestroy(SListNode* plist)
{
	SListNode* del = NULL;
	while (plist)
	{
		del = plist;
		plist = plist->next;
		free(del);
	}
}

四、带头双向循环链表接口的及实现

1. 双向链表的接口

#pragma once

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdbool.h>

// 带头+双向+循环链表增删查改实现
typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
	LTDataType data;
	struct ListNode* next;
	struct ListNode* prev;
}ListNode;

// 创建返回链表的头结点.
ListNode* ListCreate();
// 双向链表销毁
void ListDestory(ListNode* pHead);
// 双向链表打印
void ListPrint(ListNode* pHead);
// 双向链表尾插
void ListPushBack(ListNode* pHead, LTDataType x);
// 双向链表尾删
void ListPopBack(ListNode* pHead);
// 双向链表头插
void ListPushFront(ListNode* pHead, LTDataType x);
// 双向链表头删
void ListPopFront(ListNode* pHead);
// 双向链表查找
ListNode* ListFind(ListNode* pHead, LTDataType x);
// 双向链表在pos的前面进行插入
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x);
// 双向链表删除pos位置的节点
void ListErase(ListNode* pos);

2. 接口的实现

#include "list.h"

// 创建返回链表的头结点.
ListNode* ListCreate()
{
	ListNode* phead = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	if (phead == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return NULL;
	}

	//让头的 next 和 prev 都指向自己
	//则双向链表为空
	phead->next = phead;
	phead->prev = phead;

	return phead;
}

// 创造新节点
ListNode* BuyTLNode(LTDataType x)
{
	ListNode* newnode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return NULL;
	}

	newnode->data = x;

	return newnode;
}

// 双向链表尾插
void ListPushBack(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
	/*ListNode* tail = pHead->prev;
	ListNode* newnode = BuyTLNode(x);
	
	newnode->next = pHead;
	newnode->prev = tail;
	tail->next = newnode;
	pHead->prev = newnode;*/
	ListInsert(pHead, x);   //复用
}

// 双向链表打印
void ListPrint(ListNode* pHead)
{
	printf("header <--> ");

	//打印的时候，由于头内的 data 的值没用
	//则从头的的下一个节点开始打印
	//并且在循环到头的时候打印结束
	ListNode* cur = pHead ->next;
	while (cur != pHead)
	{
		printf("%d <--> ", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}

// 判断双向链表是否为空
bool LTEmpty(ListNode* pHead)
{
	assert(pHead);
	return pHead->next == pHead;
}

// 双向链表头删
void ListPopFront(ListNode* pHead)
{
	assert(pHead);
	assert(!(LTEmpty(pHead)));

	/*ListNode* first = pHead->next;
	ListNode* second = first->next;
	pHead->next = second;
	second->prev = pHead;

	free(first);*/
	ListErase(pHead->next);   //复用
}

// 双向链表头插
void ListPushFront(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
	/*ListNode* next = pHead->next;
	ListNode* newnode = BuyTLNode(x);
	
	newnode->next = next;
	newnode->prev = pHead;
	next->prev = newnode;
	pHead->next = newnode;*/
	ListInsert(pHead->next, x);//复用
}

// 双向链表尾删
void ListPopBack(ListNode* pHead)
{
	assert(pHead);               
	assert(!(LTEmpty(pHead)));
	/*ListNode* tail = pHead->prev;
	ListNode* tailPrev = tail->prev;

	tailPrev->next = pHead;
	pHead->prev = tailPrev;

	free(tail);*/

	ListErase(pHead->prev); //复用
}

// 双向链表查找
ListNode* ListFind(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
	ListNode* cur = pHead ->next;

	while (cur)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}
		cur = cur->next;
	}

	return NULL;
}


// 双向链表在pos的前面进行插入
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);
	ListNode* newnode = BuyTLNode(x);
	ListNode* posPrev = pos->prev;

	newnode->next = pos;
	newnode->prev = posPrev;
	posPrev->next = newnode;
	pos->prev = newnode;
}
// 双向链表删除pos位置的节点
void ListErase(ListNode* pos)
{
	assert(pos);

	ListNode* posPrev = pos->prev;
	ListNode* posNext = pos->next;

	posPrev->next = posNext;
	posNext->prev = posPrev;

	free(pos);
}

五、带头双向循环链表VS无头单向非循环链表

1. 带头双向循环链表

1.1 带头双向循环链表的优点：

可以自由地在链表中任意位置插入和删除节点，这是因为双向链表可以方便地找到前驱和后继节点。
可以支持双向遍历，即可以从前往后或从后往前遍历链表。
可以更加高效地实现某些特殊的操作，比如在链表中删除指定节点，需要同时修改其前驱和后继节点的指针，双向链表则可以直接完成这个操作，而单向链表则需要遍历到前驱节点才能完成。