【数据结构】C--单链表(小白入门基础知识)-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了【数据结构】C--单链表(小白入门基础知识)。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

前段时间写了一篇关于顺序表的博客，http://t.csdn.cn/0gCRp

顺序表在某些时候存在着一些不可避免的缺点:

问题：

1. 中间 / 头部的插入删除，时间复杂度为 O(N)

2. 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。

3. 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。

寻求其他解决方案:

1、不扩容

2、按需申请释放

3、解决头部/中间插入删除需要挪动数据的问题(一块连续的物理空间)

一.单链表的概念、结构和优缺点

1.1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。

1.2单链表的结构

单链表是由一系列结点组成的线性结构，每个结点包含两个域：数据域和指针域。

数据域用来存储数据，指针域用来存储下一个结点的指针。单链表的头结点指向第一个结点，最后一个结点的指针域为空。

一个结点的结构：

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逻辑结构:为了方便形象理解，想象出来的。

物理结构: 实际内存中，真实的样子。

1.3单链表的优缺点

单链表是一种常见的数据结构，它具有以下优缺点：

优点：

插入和删除操作效率高：由于单链表的节点包含指向下一个节点的指针，因此在插入和删除节点时，只需要修改指针的指向，不需要移动大量的数据元素，因此效率较高。
空间利用率高：单链表的节点只包含数据和指针两部分，不需要预先分配内存空间，因此空间利用率相对较高。
长度可变：单链表的长度可以根据需要动态增长或缩小，不需要预先定义数组大小，具有较好的灵活性。

缺点：

随机访问效率低：由于单链表的节点只包含指向下一个节点的指针，因此无法直接访问某个节点之前的节点，需要从头节点开始遍历到该节点，因此随机访问效率较低。
存储空间浪费：由于单链表的每个节点都需要存储下一个节点的指针，因此在存储相同数据量的情况下，单链表需要更多的存储空间。
链接信息的丢失：单链表中只有指向下一个节点的指针，无法直接访问前一个节点，因此在需要反向遍历链表或者删除节点时，需要保存前一个节点的指针，否则将无法完成操作。

二.单链表的实现

单链表各接口函数

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
typedef int SLTDataType;//这样做的目的是为了增加代码的可读性和可维护性，以及提高代码的可移植性，
//因为如果将来需要更改 SLTDataType 的类型，只需要在 typedef 语句中修改一处即可，
// 如果我们在程序的其他地方需要修改 SLTDataType 的类型，
//只需在 typedef 语句中修改 int 为其他类型即可，不需要修改其他代码。
//typedef int SLTADataType;

typedef struct SListNode //--single Linked List
{
	SLTDataType data;//成员变量
	struct SListNode* next;
}SLTNode;

void SLTPrint(SLTNode* phead);

//void SLPushFront(SLTNode* pphead,SLTDataType x);
void SLPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x);//头部插入

//void SLPushBack(SLTNode* phead, SLTDataType x);
void SLPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x);//尾部插入

void SLPopFront(SLTNode** pphead);//头部删除

void SLPopBack(SLTNode** pphead);//尾部删除

//单链表查找
SLTNode* STFind(SLTNode* phead, SLTDataType x);

//单链表pos之前插入
void SLInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x);
//单链表pos之后插入
void SLInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x);
//单链表pos位置删除
void SLErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos);
//单链表pos之后删除
void SLEraseAfter(SLTNode* phead);

2.1结点的定义

英文简写:

单链表的英文为:Single linked list --简写为SL

而顺序表的英文是:Sequence table -- 简写为Seq

结点的英文为:node

typedef的主要作用有:主要用于提高代码的可读性和可维护性，这样代码的可读性会更好,因为SLTDataType这个名字说明了变量x的类型含义，可以为这个数据类型创建一个更简洁、更明了的别名，这样可以使代码更易读、更易维护。

typedef int SLTDataType;
typedef struct SListNode //--single Linked List
{
	SLTDataType data;//成员变量
	struct SListNode* next;
}SLTNode;

定义了一个单链表节点的结构体 SLTNode，其中包含了两个成员变量：一个名为 data 的int变量 SLTDataType，和一个名为 next 的指向下一个节点的指针。

2.2链表的打印

需要了解到的知识:

“指针赋值的本质是将一个指针变量的地址复制给另一个指针变量”

int *p1, *p2; 

p1 = (int*)malloc(sizeof(int)); // 为p1分配内存
*p1 = 10; // 设置p1指向的内存的值为10

p2 = p1; // 将p1的地址赋值给p2

上面代码中,p1和p2都是指针变量。p1被分配了内存,并指向该内存。p2 = p1这行代码将p1的地址复制给了p2,使p2也指向p1所指向的内存。

所以指针赋值后,两个指针变量指向同一块内存,通过任一指针变量访问内存的值都会相同。

指针赋值不会复制指针指向的内存内容,仅仅是将指针变量中的地址值进行复制。

画图:

【数据结构】C--单链表(小白入门基础知识),C--数据结构,数据结构,c语言,笔记代码实现:

//函数的作用是遍历单链表，并将每个节点的数据元素打印到屏幕上。
void SLTPrint(SLTNode* phead)//参数是一个指向 SLTNode 类型的指针 phead，表示单链表的头节点。
{
	SLTNode* cur = phead;//头结点存储的地址给cur指针。
	while (cur != NULL)//使用一个while循环对单链表进行遍历，循环条件为 cur 不为 NULL。
	{    //cur 可以表示当前正在处理的节点的地址，
		//通过访问 cur->data 和 cur->next 成员变量，可以获取当前节点的数据元素和下一个节点的地址
		
		printf("%d->", cur->data);
		cur = cur->next;//cur是存着当前结点的地址,cur->next是下一结点地址
	}
	printf("NULL\n");
}

2.3创建一个新结点

SLTNode* BuyLTNode(SLTDataType x)//表示要创建的节点的数据元素。
//函数的作用是创建一个新的单链表节点，并将其初始化为包含数据元素 x 的节点。
{
	//SLTNode node;//这样是不行,处于不同的空间，出了作用域是会销毁的。

	SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));//使用malloc函数动态分配了一个大小为SLTNode的内存块，
	//并将其强制转换为 SLTNode 指针类型，即创建了一个新的节点。
	
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return NULL;
	}
	//需要注意的是，在使用 malloc 函数动态分配内存时，需要手动释放内存，否则会导致内存泄漏
	//因此，在创建单链表节点后，我们应该在适当的时候使用 free 函数释放节点所占用的内存
	
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	return newnode;//返回的是一个结点的地址
}

该函数的作用是创建一个新的单链表节点，并将其初始化为包含数据元素 x 的节点。具体实现过程是通过使用 malloc 函数动态分配内存块，然后将其强制转换为 SLTNode 指针类型，即创建了一个新的节点。然后将该节点的 data 成员设置为 x，next 成员设置为 NULL，最后返回新节点的指针地址。

需要注意的是，在使用 malloc 函数动态分配内存时，需要手动释放内存，否则会导致内存泄漏。因此，在创建单链表节点后，我们应该在适当的时候使用 free 函数释放节点所占用的内存。

2.4单链表尾插

错误代码1:

图解:

void SLPushBack(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{
   SLTNode* tail = phead;
   while (tail != NULL)
   {
tail = tail->next;
   }

   SLTNode* newnode = BuyLTNode(x);
   tail = newnode;//这个地方没有链接起来
}

原因:
1.链表没有链接起来
2.出了作用域指针变量销毁，内存泄露

补充一下内存泄露的知识:

如果没有使用free函数释放通过malloc函数分配的内存空间，这些内存空间将一直占用着系统资源，直到程序结束或者操作系统重启。

当程序结束时，操作系统会回收该程序使用的所有内存空间，包括没有通过free函数释放的空间。但是，在程序运行期间，这些没有释放的内存空间会一直占用着系统资源，可能导致系统的内存资源耗尽，从而影响系统的稳定性和性能。

因此，为了避免内存泄漏问题，开发人员需要在程序中显式地使用free函数来释放不再使用的内存空间，以确保系统资源的有效利用。

错误代码2：

void SLPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x);
void SLPushBack(SLTNode* phead, SLTDataType x);
void TestSList1()
{
   SLTNode* plist = NULL;
   SLPushFront(&plist,1);
   SLPushFront(&plist,2);
   SLPushFront(&plist,3);
   SLPushFront(&plist,4);

   SLTPrint(plist);
   SLPushBack(plist, 5);//这里传了一级指针
   SLTPrint(plist);

}
void SLPushBack(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{
   SLTNode* tail = phead;
   while (tail->next!= NULL)
   {
       tail = tail->next;
   }

   SLTNode* newnode = BuyLTNode(x);
   tail->next = newnode;
}

这种情况是先头插然后再尾插，头插每次都需要二级指针，然而尾插需要第一次是传二级指针，后面可以传一级指针，但是参数是统一的，无法实现写两个相同的函数,第一次传一级指针，后面传二级指针。

所以一致传二级指针。

这种情况前提条件是链表不为空，可以直接修改结构体的next，存下新结点的地址。

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执行：

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错误代码3：

画图:
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void SLPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x);
void SLPushBack(SLTNode* phead, SLTDataType x);

void TestSList2()
{
   SLTNode* plist = NULL;
   SLPushBack(plist, 1);
   SLPushBack(plist, 2);
   SLTPrint(plist);
}

void SLPushBack(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{
   SLTNode* newnode = BuyLTNode(x);

   if (phead == NULL)
   {
       phead = newnode;
   }
   else
   {
       SLTNode* tail = phead;
       while (tail->next != NULL)
       {
           tail = tail->next;
       }

       tail->next = newnode;
   }
}

输出:

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列举了这么多错误案例接下来到正确案例:

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void SLPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
void TestSList2()
{
	SLTNode* plist = NULL;
	SLPushBack(&plist, 1);
	SLPushBack(&plist, 2);
	SLPushBack(&plist, 3);
	SLPushBack(&plist, 4);
	SLTPrint(plist);
}
//要让新节点和tail链接起来,一定要去改tail的next
void SLPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)//尾插的本质是让上一个结点链接下一个结点
{
	SLTNode* newnode = BuyLTNode(x);
	// 1、空链表
	// 2、非空链表
	if (*pphead == NULL)
	{
		*pphead = newnode;
	}
	else
	{
		SLTNode* tail = *pphead;
		while (tail->next != NULL)
		{
			tail = tail->next;
		}
		tail->next = newnode;
	}

}

代码执行:

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2.5单链表头插

头插思路:

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头插第二个节点思路:

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头插的代码可以写成这样

void SLPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
	SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));//使用malloc函数动态分配了一个大小为SLTNode的内存块，
	//并将其强制转换为 SLTNode 指针类型，即创建了一个新的节点。

	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return NULL;
	}
	//需要注意的是，在使用 malloc 函数动态分配内存时，需要手动释放内存，否则会导致内存泄漏
	//因此，在创建单链表节点后，我们应该在适当的时候使用 free 函数释放节点所占用的内存

	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	//return newnode;//返回的是一个结点的地址
	newnode->next = *pphead;
	*pphead = newnode;//将头节点*pphead 更新为新节点的地址，以使新节点成为新的头节点。
}

但是为了避免创建新节点的程序重复编写,可以利用上面的BuyLTNode(x)函数定义新节点达成简写的目的，也可以头插的函数也可以写成这样:

void SLPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
	SLTNode* newnode = BuyLTNode(x);

	newnode->next = *pphead;
	*pphead = newnode;
}

在 SLPushFront 函数中，我们首先调用 BuyLTNode(x) 函数创建一个新的节点，然后将新节点的 next 指针指向当前链表头节点，接着将链表头指针指向新节点，从而完成了在链表头部插入新节点的操作。

代码执行:
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2.6单链表尾删

错误案例:

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方法1:

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方法2:

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代码实例:

void SLPopBack(SLTNode** pphead)
{
	//没有节点(空链表)
	//暴力检查
	assert(*pphead);

	//温柔检查
	if (*pphead == NULL)
	{
		return;
	}
	//一个节点
	if ((*pphead)->next == NULL)
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}//多个节点
	else
	{
		SLTNode* prev = NULL;
		SLTNode* tail = *pphead;
		//找尾
		//方法一
		/*while (tail->next)
		{
			prev = tail;
			tail = tail->next;
		}
		free(tail);
		prev->next = NULL;*/

		//方法二
		SLTNode* tail = *pphead;
		while (tail->next->next)
		{
			tail = tail->next;
		}

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

执行:

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2.7单链表头删

思路:

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void SPopFront(SLTNode** pphead)
{
	//没有节点
	//暴力检查
	assert(*pphead);
	//温柔检查
	if (*pphead == NULL)
		return;// 一个节点
	if ((*pphead)->next == NULL)
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
	//多个节点
	else
	{
		SLTNode* del = *pphead;//相当于一个标记,删掉的标记
		//写法一
		//*pphead = del->next;
		//写法二 
		*pphead = (*pphead)->next;
		free(del);
	}



}

执行:

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2.8单链表查找/修改某个值

使用尾插将1,2,3,4按先后顺序分别插入链表中，接着找到链表中值为3的元素，并把其改为30(可以通过定义结构体类型的指针访问data为3的结点,并直接通过pos->next=30修改)

注意:直接在main函数内定义一个test函数修改值即可,不必另定义新函数。

SLTNode* STFind(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{
	//assert(phead);
	SLTNode* cur = phead;
	while (cur)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}
		cur = cur->next;
	}
	return NULL;
}

执行:

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2.9单链表在pos之前插入

思路:

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void SLInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pphead);//&plist
	assert(pos);
	//assert(*pphead);
	//一个节点
	if (*pphead == NULL)
	{
		SLPushFront(pphead, x);
	}
	else//多个节点
	{
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}
		SLTNode* newnode = BuyLTNode(x);
		prev->next = newnode;
		newnode->next = pos;
	}
}

执行:

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2.10单链表在pos之后插入

思路:

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void SLInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pos);

	SLTNode* newnode = BuyLTNode(x);
	newnode->next = pos->next;
	pos->next = newnode;
}

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2.11单链表删除pos的值

思路:

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void SLErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
	assert(pphead);
	assert(pos);

	if (pos == *pphead)
	{
		SLPopFront(pphead);
	}
	else
	{
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (prev->next!=pos)
		{
			prev = prev->next;
		}
		prev->next = pos->next;
		free(pos);
	}
}

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2.12单链表删除pos之后的值

思路:

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void SLEraseAfter(SLTNode* pos)
{
	assert(pos);
	SLTNode* next= pos->next;
	pos->next = next->next;
	free(next);
}

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三.案例函数实现

3.1测试

void TestSList1() 
{
	SLTNode* plist = NULL;
	SLPushFront(&plist,1);
	SLPushFront(&plist,2);
	SLPushFront(&plist,3);
	SLPushFront(&plist,4);

	SLTPrint(plist);
	SLPushBack(plist, 5);
	SLTPrint(plist);

}

3.2头插

void TestSList2()
{
	SLTNode* plist = NULL;
	SLPushFront(&plist, 1);
	SLPushFront(&plist, 2);
	SLPushFront(&plist, 3);
	SLPushFront(&plist, 4);

	SLTPrint(plist);
	SLPushBack(&plist, 5);

	SLTPrint(plist);
}

3.3尾插

void TestSList3()
{
	SLTNode* plist = NULL;
	SLPushBack(&plist, 1);
	SLTPrint(plist);
	SLPushBack(&plist, 2);
	SLTPrint(plist);
	SLPushBack(&plist, 3);
	SLTPrint(plist);
	SLPushBack(&plist, 4);
	SLTPrint(plist);
}

3.4头删

void TestSList4()
{
	SLTNode* plist = NULL;
	SLPushBack(&plist, 1);
	SLPushBack(&plist, 2);
	SLPushBack(&plist, 3);
	SLPushBack(&plist, 4);
	SLTPrint(plist);
	//头删

	SLPopFront(&plist);
	SLTPrint(plist);
	
	SLPopFront(&plist);
	SLTPrint(plist);
	
	SLPopFront(&plist);
	SLTPrint(plist);

	SLPopFront(&plist);
	SLTPrint(plist);
}

3.5尾删

void TestSList5()
{
	SLTNode* plist = NULL;
	SLPushBack(&plist, 1);
	SLPushBack(&plist, 2);
	SLPushBack(&plist, 3);
	SLPushBack(&plist, 4);
	SLTPrint(plist);

	SLPopBack(&plist);
	SLTPrint(plist);

	SLPopBack(&plist);
	SLTPrint(plist);

	SLPopBack(&plist);
	SLTPrint(plist);
}

3.6查找/修改某值

void TestSList6()
{
	SLTNode* plist = NULL;
	SLPushBack(&plist, 1);
	SLPushBack(&plist, 2);
	SLPushBack(&plist, 3);
	SLPushBack(&plist, 4);
	SLTPrint(plist);

	SLTNode* pos = STFind(plist,3);
	if (pos)
		pos->data = 30;

	SLTPrint(plist);
}

3.7在pos之前插入

void TestSList7()//pos之前插入 
{
	SLTNode* plist = NULL;
	SLPushBack(&plist, 1);
	SLPushBack(&plist, 2);
	SLPushBack(&plist, 3);
	SLPushBack(&plist, 4);
	SLTPrint(plist);

	SLTNode* pos = STFind(plist,3);
	if (pos)
	{
		SLInsert(&plist, pos, 30);
	}
	SLTPrint(plist);
}

3.8在pos之后插入

void TestSList8()//pos之后插入 
{
	SLTNode* plist = NULL;
	SLPushBack(&plist, 1);
	SLPushBack(&plist, 2);
	SLPushBack(&plist, 3);
	SLPushBack(&plist, 4);
	SLTPrint(plist);

	SLTNode* pos = STFind(plist, 3);
	if (pos)
	{
		SLInsertAfter(pos, 50);
	}
	SLTPrint(plist);
}

3.9删除pos位置的值

void TestSList9() {
	SLTNode* plist = NULL;
	SLPushBack(&plist, 1);
	SLPushBack(&plist, 2);
	SLPushBack(&plist, 3);
	SLPushBack(&plist, 4);
	SLTPrint(plist);

	SLTNode* pos = STFind(plist, 3);
	if (pos)
	{
		SLErase(&plist,pos);
	}
	SLTPrint(plist);


}

3.10删除pos之后的值

void TestSList10() {
	SLTNode* plist = NULL;
	SLPushBack(&plist, 1);
	SLPushBack(&plist, 2);
	SLPushBack(&plist, 3);
	SLPushBack(&plist, 4);
	SLPushBack(&plist, 5);
	SLTPrint(plist);

	SLTNode* pos = STFind(plist, 2);
	if (pos)
	{
		SLEraseAfter(pos);
	}
	SLTPrint(plist);
}

本章完，如有错误欢迎各位大佬指点，感谢你的来访。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-600356.html

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