《C和指针》读书笔记(第十二章 使用结构和指针)

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了《C和指针》读书笔记(第十二章 使用结构和指针)。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。

0 简介

纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。前几章学习了结构体、联合体和指针的相关知识。本章就是对这些知识的综合应用。

书中是以链表作为实例的,严格意义上来说,链表属于数据结构与算法的相关内容,关于这方面的知识,想学习的同学推荐《大话数据结构》这本书。书中的内容在通俗易懂的同时,又不乏严谨性。

链表,顾名思义,就是像铁链一样,环环相扣的表。链表是由节点 一个个连起来的,每个节点由两部分组成,分别是数据指向下一个节点的指针(数据可能不止一个,但是一般的教材和资料的举例中都是一个)。

比较遗憾的是,在本书中,仅仅给了链表的插入操作相关程序,但如果没有了链表的创建删除(非必需,但最好有)程序,书中的实例是无法运行的。因此,在我们本篇文章中,特意添加了其他所需的相关程序。

书中部分插图有误,请注意甄别。

本章内容提要:
《C和指针》读书笔记(第十二章 使用结构和指针),c语言,开发语言,数据结构

1 链表

如上所述,链表是一种数据结构,由一个个节点构成,通常节点是动态分配的,根据结构的不同,可分为单链表、双链表和环形链表等。本章重点介绍单链表和双链表。

2 单链表

在单链表中,每个节点包含一个指向链表下一个节点的指针。链表最后一个节点的指针字段为NULL,提示链表后面不再有其他节点。我们来看个单链表的示意图:
《C和指针》读书笔记(第十二章 使用结构和指针),c语言,开发语言,数据结构
root节点又叫根节点,链表就是基于此进行创建的。链表的创建分成两种,一种是头插法,一种是尾插法

2.1 在单链表中插入

链式的结构,使得链表在插入和删除新数据的时候比数组效率高很多(平均速度),所以链表的插入操作显得尤为重要。本章重点讲了单链表的插入操作。

2.1.1 初次尝试

标题取的不是很准确,更加准确地说,应该是在单链表中插入节点。我们将书中第一个版本的程序完善后,得到了如下的内容:

先定义节点,声明相关函数,所以定义.h文件如下:

#pragma once
typedef struct NODE {
	struct NODE *link;
	int value;
}Node;

int sll_insert(Node *current, int new_value);

然后定义插入函数,添加如下的.c文件

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include "sll_node.h"
#define FALSE 0
#define TRUE 1
int sll_insert(Node *current, int new_value)
{
	Node *previous = (Node *)malloc(sizeof(Node));
	Node *new;
	while (current->value < new_value) 
	{
		previous = current;
		current = current->link;
	}
	new = (Node *)malloc(sizeof(Node));
	if (new == NULL)
		return FALSE;
	new->value = new_value;

	new->link = current;
	previous->link = new;

	return TRUE;
}

最后写主函数,添加如下的.c文件:

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include "sll_node.h"
//单链表的整表创建
void CreateList(Node *L, int n, int *point)
{
	Node *p1, *r;
	int i;
	r = L;
	for (i = 0; i < n; i++)
	{
		p1 = (Node *)malloc(sizeof(Node));
		p1->value = point[i];
		r->link = p1;
		r = p1;
	}
	r->link = NULL;
}
//单链表的整表删除
void  ClearList(Node *L)
{
	Node *p, *q;
	p = L->link;
	while (p != NULL)
	{
		q = p->link;
		free(p);
		p = q;
	}
	L->link = NULL;
	printf("clear all\n");
}
int main()
{
	int ele[10];
	//链表数值设置
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		ele[i] = i * 5;
	}
	//定义根指针
	Node *p = (Node *)malloc(sizeof(Node));
	//定义第一个节点的指针
	Node *new_head = NULL;
	//创建链表
	printf("原始链表:\n");
	CreateList(p, 10, ele);
	//读取并打印链表
	new_head = p->link;

	while (new_head->link != NULL)
	{
		printf("%d->\t", new_head->value);
		new_head = new_head->link;
	}
	printf("%d", new_head->value);
	printf("\n");
	//插入值为8的节点
	sll_insert(p, 8);
	//再次读取并打印链表
	printf("插入节点后的链表:\n");
	new_head = p->link;
	while (new_head->link != NULL)
	{
		printf("%d->\t", new_head->value);
		new_head = new_head->link;
	}
	printf("%d", new_head->value);
	printf("\n");
	//删除整个链表
	ClearList(p);
	system("pause");
	return 0;
}

打印输出如下:
《C和指针》读书笔记(第十二章 使用结构和指针),c语言,开发语言,数据结构
可以看到,已经将节点插入到了所需的位置(位置由节点的值确定),看看节点的具体插入过程(为简便起见,只画出前三个节点)。

我们需要先找到正确的插入位置:

	while (current->value < new_value) 
	{
		previous = current;
		current = current->link;
	}

这部分代码很好理解,如果当前值比新值小,则继续前往下一个节点。如图所示:
《C和指针》读书笔记(第十二章 使用结构和指针),c语言,开发语言,数据结构
直到当前值大于或等于新值:
《C和指针》读书笔记(第十二章 使用结构和指针),c语言,开发语言,数据结构

然后我们再想办法插入新值:

	new->value = new_value;

	new->link = current;
	previous->link = new;

共分成3步:

  1. 将要插入的值赋给新创建的节点。
  2. 将新节点的指针指向当前节点。
  3. 前一个节点的指针指向新节点。

具体过程如下图所示:
《C和指针》读书笔记(第十二章 使用结构和指针),c语言,开发语言,数据结构
至此,链表的新节点插入完成。

2.1.2 优化插入函数

书中这里的优化指的是,若是将一个比第一个节点更小的值传入链表,则会导致程序无法运行,因为传入的是第一个节点。但我们并不存在这个问题,因为我们传入的是根节点。

仅仅有一个小小的地方需要优化,就是在寻找插入位置之前,更改保证当前指针不是空指针,否则不会存在value。 修改后的程序如下所示(仅展示修改部分):

	while (current != NULL && current->value < new_value)
	{
		previous = current;
		current = current->link;
	}

2.1.3 在指定位置插入节点(补充)

此外,还有一种插入方法,就是在指定的位置插入节点。实现起来也并不困难。

// 在指定位置插入节点
void sll_insertNode(Node** head, int data, int position) 
{
	if (*head == NULL || position <= 1) {
		// 如果链表为空或插入位置为头部,则直接在头部插入节点
		Node* newNode =  sll_createLinkedList(data);
		newNode->link = *head;
		*head = newNode;
	}
	else {
		// 否则在指定位置插入节点
		Node* temp = *head;
		int currentPosition = 1;

		while (currentPosition < position - 1 && temp->link != NULL) {
			temp = temp->link;
			currentPosition++;
		}

		if (currentPosition < position - 1) {
			printf("插入位置超出链表长度\n");
			return;
		}

		Node* newNode = sll_createLinkedList(data);
		newNode->link = temp->link;

		temp->link = newNode;
	}
}

2.2 其他链表操作

当然,对于链表本身而言,不仅仅只有插入操作,还包含了整个链表的创建删除。已经在上述代码中有所体现。

2.2.1 单链表的创建

单链表的创建有两种方法,分别是头插法尾插法。上述的例子中采用了尾插法,因为这样更符合我们的常规思维。

//单链表的整表创建
void CreateList(Node *L, int n, int *point)
{
	Node *p1, *r;
	int i;
	r = L;
	for (i = 0; i < n; i++)
	{
		p1 = (Node *)malloc(sizeof(Node));
		p1->value = point[i];
		r->link = p1;
		r = p1;
	}
	r->link = NULL;
}

链表的创建过程如下图所示(仅仅给出了前两个节点的创建过程,后面操作类似):
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2.2.2 单链表的删除

删除分成两部分,一部分是删除指定位置的节点,另一部分是删除整个链表,前者程序稍微难一些。

2.2.2.1 删除指定位置的节点

同在指定位置插入一样。删除前要先找到位置(当然是前一个节点的位置)。然后再将前一个节点的link指针绕过要删除的节点,直接跳到下一个节点,再删除当前节点,操作完成。

// 删除指定位置的节点
void sll_deleteNode(Node** head, int position)
{
	if (*head == NULL) {
		return;
	}

	Node* temp = *head;
	int currentPosition = 1;
	//找到该节点的前一个节点
	while (currentPosition < position - 1 && temp->link != NULL) {
		temp = temp->link;
		currentPosition++;
	}

	if (currentPosition < position - 1 || temp->link == NULL) {
		printf("删除位置超出链表长度\n");
		return;
	}
	//如果删除头节点,则该节点后移,否则无法访问该链表
	if (temp == *head) {
		*head = temp->link;
	}
	//获取当前节点指针,否则到时候无法获取
	Node* next_free = temp->link;
	//调整指针位置
	temp->link = temp->link->link;

	free(next_free);
}
2.2.2.2 删除整个链表

删除整个链表就很简单了,逐个访问下一个节点,并删除当前节点即可。

//单链表的整表删除
void sll_deleteLinkedList(Node** head)
{
	Node* current = *head;
	Node* next;

	while (current != NULL) {
		next = current->link;
		free(current);
		current = next;
	}

	*head = NULL;
}

3 双链表

单链表的替代方案就是双链表。在一个双链表中,每个节点都包含两个指针——指向前一个节点的指针指向后一个节点的指针。这可以使我们以任何方向遍历双链表,甚至可以忽前忽后地在双链表中访问。下图展示了一个双链表。
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3.1 在双链表中插入

3.1.1 按顺序插入

与单链表相比,双链表肯定要难一些,因为需要修改更多的指针。但其基本思想还是不变的,那就是先找需要插入的位置,然后将新节点插入。

先定义节点:

typedef struct NODE {
	struct NODE *fwd;
	struct NODE *bwd;
	int value;
}Node;

再定义插入函数,较之于单链表,双链表要复杂一些:

int dll_insert(Node *rootp, int value)
{
	Node *this;
	Node *next;
	Node *newnode;
	//查看value是否已经存在于链表中,如果是就返回
	//否则,为新值创建一个节点
	for (this = rootp; (next = this->fwd) != NULL; this = next)
	{
		if (next->value == value)
			return 0;
		if (next->value > value)
			break;
	}
	newnode = (Node *)malloc(sizeof(Node));
	if (newnode == NULL)
		return FALSE;
	newnode->value = value;
	//把新值添加到链表中
	if (next != NULL)
	{
		//情况1或2:并非位于链表尾部
		if (this != rootp)         /*情况1:并非位于链表的起始位置*/
		{
			newnode->fwd = next;
			this->fwd = newnode;
			newnode->bwd = this;
			next->bwd = newnode;
		}
		else                       /*情况2:位于链表的起始位置*/
		{
			newnode->fwd = next;
			rootp->fwd = newnode;
			newnode->bwd = NULL;
			next->bwd = newnode;
		}
	}
	else
	{
		//情况3或4:位于链表的尾部
		if (this != rootp)
		{
			newnode->fwd = NULL;
			this->fwd = newnode;
			newnode->bwd = this;
			rootp->bwd = newnode;
		}
		else
		{
			newnode->fwd = NULL;
			rootp->fwd = newnode;
			newnode->bwd = NULL;
			rootp->bwd = newnode;
		}
	}
	return TRUE;
}

最后是主函数的相关程序:

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include "dll_node.h"
int main()
{
	Node* head = NULL;
	// 创建链表(只有头节点,值为0)
	head = dll_createLinkedList(0);

	//插入节点
	dll_insert(head, 5);
	dll_insert(head, 10);
	dll_insert(head, 15);
	dll_insert(head, 20);

	// 删除指定位置的节点
	dll_deleteNode(&head, 3);

	// 打印链表
	dll_printLinkedList(head);

	// 删除整个链表
	dll_deleteLinkedList(&head);
	system("pause");
	return 0;
}

参考单链表,多链表的程序便不难看懂。

另外还有链表的打印函数:

void dll_printLinkedList(Node* head) {
	Node* temp = head;
	while (temp != NULL) {
		printf("%d ", temp->value);
		if (temp->fwd != NULL)
			printf("->");
		temp = temp->fwd;
	}
}

打印输出:
《C和指针》读书笔记(第十二章 使用结构和指针),c语言,开发语言,数据结构
可以看到,在创建完链表之后,再插入需要的值,最后再将第三个值为10的节删除,就变成了上面的样子。

3.1.2 在指定位置插入节点(补充)

当然,如果想在指定位置插入节点也是可以的:

void dll_insertNode(Node** head, int data, int position) {
	if (*head == NULL || position <= 1) {
		// 如果链表为空或插入位置为头部,则直接在头部插入节点
		Node* newNode = createLinkedList(data);
		newNode->fwd = *head;
		if (*head != NULL) {
			(*head)->bwd = newNode;
		}
		*head = newNode;
	}
	else {
		// 否则在指定位置插入节点
		Node* temp = *head;
		int currentPosition = 1;

		while (currentPosition < position - 1 && temp->fwd != NULL) {
			temp = temp->fwd;
			currentPosition++;
		}

		if (currentPosition < position - 1) {
			printf("插入位置超出链表长度\n");
			return;
		}

		Node* newNode = createLinkedList(data);
		newNode->bwd = temp;
		newNode->fwd = temp->fwd;

		if (temp->fwd != NULL) {
			temp->fwd->bwd = newNode;
		}

		temp->fwd = newNode;
	}
}

3.2 其他链表操作

3.2.1 双链表的创建

与单链表类似,双链表也有相同的操作,比如整个链表的创建删除

链表的创建程序:

Node* dll_createLinkedList(int data) 
{
	Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
	if (newNode == NULL) {
		printf("内存分配失败\n");
		exit(1);
	}
	newNode->value = data;
	newNode->bwd = NULL;
	newNode->fwd = NULL;
	return newNode;
}

程序比较好理解,分配一个节点的内存,并得到指向该节点的指针,赋初值,前后均无节点连接。

3.2.2 双链表的删除

3.2.2.1 删除指定位置的节点

对于双链表来说,由于一个节点同时涉及到两个指针,因此删除指定位置的节点相对来说比较难,具体如下。

// 删除指定位置的节点
void dll_deleteNode(Node** head, int position)
{
	if (*head == NULL) {
		return;
	}

	Node* temp = *head;
	int currentPosition = 1;

	while (currentPosition < position && temp != NULL) {
		temp = temp->fwd;
		currentPosition++;
	}

	if (currentPosition < position || temp == NULL) {
		printf("删除位置超出链表长度\n");
		return;
	}

	if (temp == *head) {
		*head = temp->fwd;
	}

	if (temp->bwd != NULL) {
		temp->bwd->fwd = temp->fwd;
	}

	if (temp->fwd != NULL) {
		temp->fwd->bwd = temp->bwd;
	}

	free(temp);
}

其中最重要的只有4行:

	if (temp->bwd != NULL) {
		temp->bwd->fwd = temp->fwd;
	}

	if (temp->fwd != NULL) {
		temp->fwd->bwd = temp->bwd;
	}

直接让需要删除的节点的前后节点可相互访问,然后再删除当前节点,删除结束。

3.2.2.2 删除整个链表

双链表的删除程序:

void deleteLinkedList(Node** head) 
{
	Node* current = *head;
	Node* next;

	while (current != NULL) {
		next = current->fwd;
		free(current);
		current = next;
	}

	*head = NULL;
}

删除函数也比较好理解,先找到下一个节点,再将当前节点内存释放。这个顺序是不能反的,否则释放完之后,无法获取下一个节点的指针,将导致删除失败。

在此程序中并不需要关注bwd指针,当我们释放当前节点内存后,其bwd指针自然也就没有了意义,存储该指针的内存被释放,可以存储其他信息。

4 总结

单链表是一种使用指针来存储值的数据结构。链表中的每个节点包含一个字段,用于指向链表的下一个节点。

双链表中的每个节点包含两个link字段:其中一个指向链表的下一个节点,另一个指向链表的前一个节点。

除此之外,常见的还有循环链表等数据结构,不过这些都不是很常见。掌握了链表的创建,删除,插入,查找方法(删除不难),就基本上掌握了本章的全部内容。

书中给的链表插入操作是按照顺序插入,而在很多实际案例中,都是按照预先规定的位置插入节点的。这里会有一些差别。而在本文中,两种方法都分别进行了阐述。

---------------------------------------end---------------------------------------文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-654505.html

到了这里,关于《C和指针》读书笔记(第十二章 使用结构和指针)的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

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