【数据结构】单链表的层层实现！! !-Toy模板网

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上篇回顾
我们上篇学习了本质为数组的数据结构—顺序表，顺序表支持下标随机访问而且高速缓存命中率高，然而可能造成空间的浪费，同时增加数据时多次移动会造成效率低下，那有什么解决之法呢？这就得引入我们链表这种数据结构

一.何为链表

🏠 链表概念

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。

特点：物理结构不一定连续，逻辑结构连续
【数据结构】单链表的层层实现！! !,数据结构,c语言
我们的链表结构类似我们的火车，有头有尾，中间每个结点被有序链接；与火车不同的是，链表的结点可能不是紧挨着的。

【数据结构】单链表的层层实现！! !,数据结构,c语言

类似这样，我们可以得出：
1.每个结点由数据和下一结点地址两部分组成，而每个结点构成了一个链表。
2.每个结点保存的是下一个结点的地址，这样就能找到下一个结点，最后为空就停止
3.每个结点的地址不是连续的，可以体现出链表的物理结构不一定连续

注：我们的结点一般是在堆区开辟的，因为此时你在程序结束前不free就会一直存在这块空间，同时可根据需要灵活申请结点存数据。

这样我们就可以用一个结构体封装每个结点：

typedef int Datatype;
typedef struct ListNode
{
	Datatype x;
	struct ListNode* next;
}Node;

注：这里我们可以用typedef来重命名我们要存储的数据类型，这样对于不同数据的操作我们只要改typedef即可。

🏠 链表的分类

我们根据链表三个特点：1.带头不带头 2.单向还是双向 3.循环还是不循环 组合成了如上的8种链表
本篇博客，我们要实现的是单向不带头不循环链表（单链表），至于什么是带头，双向，循环我们下回双链表再进行讲解

二.单链表的实现

无头+单向+不循环链表的增删差改

🏠 链表的打印

链表数据的打印

这个接口就很好的体现了结点结构保存指针的妙处了~

//链表的打印
void SLTPrint(Node* phead)
{
	asser(phead);
	Node* cur = phead;
	while (cur)
	{
		printf("%d ", cur->x);
		cur = cur->next;
	}
}

🏠 链表的头插和尾插

链表的尾插

【数据结构】单链表的层层实现！! !,数据结构,c语言
对于链表的尾插要注意几个问题：1.申请新结点 2.链表是否为空

解决方法：1.对于链表为空，直接让申请的新节点作为头节点 2.对于不为空的链表，首先要找到尾结点，再进行插入 3.对于申请新节点，我们后续的头插也要使用我们可以封装成一个接口，同时结点在堆区申请，调用完接口就不会释放了。

//申请新节点
Node* BuyNode(Datatype x)
{
	Node* newnode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc failed");
		return;
	}
	newnode->next = NULL;
	newnode->x = x;
	return newnode;
}

void SLTPushBack(Node** pphead, Datatype x)
{
	assert(pphead);
	//申请新节点
	Node* newnode = BuyNode(x);
	//链表为空
	if (NULL == *pphead)
	{
		*pphead = newnode;
		return;
	}
	//链表不为空：1.找尾巴结点2.插入新节点
	Node* ptail = *pphead;
	while (ptail->next)
	{
		ptail = ptail->next;
	}
	ptail->next = newnode;
}

思考：这里为什么传二级指针？如果不传二级指针呢？

void SLTNPushBack(Node* pphead, Datatype x)
{
	
	//申请新节点
	Node* newnode = BuyNode(x);
	//链表为空
	if (NULL == pphead)
	{
		pphead = newnode;
		return;
	}
	//链表不为空：1.找尾巴结点2.插入
	Node* ptail = pphead;
	while (ptail->next)
	{
		ptail = ptail->next;
	}
	ptail->next = newnode;
}
int main()
{
	Node* n1 = NULL;
	SLTNPushBack(n1,1);
	return 0;
}

【数据结构】单链表的层层实现！! !,数据结构,c语言
经过观察传一级指针版本的调用前后，我们发现n1这个指针变量存储的值并没发生改变，究其原因如下图

链表的头插
,
*对于链表的头插要注意的问题：1.申请新节点 2.链表释放为空 *

解决方法：1.链表为空时，申请的新结点作为头结点 2.链表不为空时，让newnode->next指向原来头节点,再让newnode成为新的头节点。

void SLTPushFront(Node** pphead, Datatype x)
{
	assert(pphead);
	//申请新节点
	Node* newnode = BuyNode(x);
	//链表为空
	if (NULL == *pphead)
	{
		*pphead = newnode;
		return;
	}
	newnode->next = *pphead;
	*pphead = newnode;
}

🏠 链表的尾删和头删

链表的尾删

对于链表的尾删，我们需要分三种情况！

1.链表为空时此时删不了直接退出
2.链表只有一个结点时，释放头节点，置phead为空
3.链表有多个结点时，我们需要遍历链表找到尾结点的前置结点，先释放尾节点再将前置结点的next置为空
注：不能先将前置结点的next置为空，再释放尾结点，此时就找不到尾结点的地址了。

//链表的尾删和头删
void SLTPopBack(Node** pphead)
{
	assert(pphead);
	assert(*pphead);//判断链表不为空
	if ((*pphead)->next == NULL)
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
		return;
	}
	Node* pre = *pphead;
	while (pre->next->next)
	{
		pre = pre->next;
	}
	free(pre->next);
	pre->next = NULL;
}

链表的头删

【数据结构】单链表的层层实现！! !,数据结构,c语言
对于链表的头删，分为两种情况就可以了，因为有了phead很方便~

1.链表为空时，删不了直接断言下
2.链表不为空时，记录头节点的下一个位置，先释放头节点，再更换phead指向的位置

注：这里也不能先更新phead再释放头结点

void SLTPopFront(Node** pphead)
{
	assert(pphead);
	assert(*pphead);
	Node* pNext = (*pphead)->next;
	free(*pphead);
	*pphead = pNext;
}

🏠 链表指定位置的插入和删除

【数据结构】单链表的层层实现！! !,数据结构,c语言

1.链表为空时，无法插入
2.pos位置结点刚好是头结点，直接头插或头删
3.pos位置结点不是头节点，需要找到pos位置的前置结点，记录位置。

void NodeInpos(Node** pphead, Node* pos, Datatype x)
{
	assert(pphead);
	//pos不为空 -》 链表一定不能为空
	assert(pos);
	assert(*pphead);
	//建立一个新节点
	Node* newnode = BuyNode(x);
	//pos刚好是头结点的情况
	if (*pphead == pos)
	{
		//运用头插
		NodeinFront(pphead,x);
		return;
	}
	//pos刚好不是头结点
	//1.先找出pos前面的结点pre  2.newnode->next = pre->next 3.pre-<next = newnode
	Node* pre = *pphead;
	while (pre->next != pos)
	{
		pre = pre->next;
	}
	newnode->next = pre->next;
	pre->next = newnode;
}

void NodeDelpos(Node** pphead, Node* pos)
{
	assert(pphead);
	assert(pos);
	assert(*pphead);
	//pos刚好是第一个结点 执行头删
	if (*pphead == pos)
	{
		NodeDelFront(pphead);
		return;
	}
	//pos不是第一个结点 1.先找到那个pos前面结点pre 2.pre->next = pos->next 3.free
	Node* pre = *pphead;
	while (pre->next != pos)
	{
		pre = pre->next;
	}
	pre->next = pos->next;
	free(pos);
	pos = NULL;
}

🏠 链表的查找

Node* NodeFind(Node** phead, Datatype x)
{
	assert(phead);
	//遍历链表
	Node* pcur = *phead;
	while (pcur)
	{
		if (pcur->data == x)
		{
			return pcur;
		}
		pcur = pcur->next;
	}
	//找不到则返回NULL
}

这里建议用一个临时变量来遍历~

🏠 链表的销毁

void NodeDestroy(Node** pphead)
{
	assert(pphead);
	assert(*pphead);
	//1.创一个临时变量存pcur->next的地址
	Node* pcur = *pphead;
	while (pcur)
	{
		Node* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	*pphead = NULL;
}

注：这里要保存好下一个结点地址，销毁后就能继续遍历

三.单链表的分析以及与顺序表的比较

🏠 单链表的优缺点

通过实现我们的单链表，我们发现单链表有以下优点

1.单链表不存在空间浪费(根据需求灵活在堆上申请新结点)
2.单链表的任意插入和删除效率高
（分析: 这里是已经确定插入的位置，对于链表只需改变指针的指向就能实现插入和删除，时间复杂度是O(1)，而数组插入和删除需要遍历数组，时间复杂度是O(N)）

单链表也不是万能的，它在一些应用场景也发挥不出来作用

1.不支持随机访问
2.缓存命中率低
3.查找效率低

总结：链表适用于频繁任意插入和删除的场景，不适用于随机访问和查找

🏠 单链表与顺序表的比较

单链表	顺序表
物理空间不一定连续	物理空间一定连续
不支持随机访问	支持下标随机访问
插入和删除效率高 O(1)	插入和删除效率低 O(N)
缓存命中率低	缓存命中率高
无空间的浪费	可能造成数据丢失和空间浪费
缓存利用率高