上一篇【数据结构】顺序表-CSDN博客 我们了解了顺序表,但是呢顺序表涉及到了一些问题,比如,中间/头部的插入/删除,时间复杂度为O(N);增容申请空间、拷贝、释放旧空间会有不小的消耗;增容所浪费的空间... 我们如何去解决这些问题?本篇介绍另一个数据结构——链表
1. 链表的概念及结构
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连接次序实现的,链表也是线性表的一种
链表大概是什么样的呢?看下图
链表是由一个一个的节点组成,再顺序表中,数据是连续存放的,我们想找到下一个数据顺着前一个数据找就行了,而链表中数据存放空间是不连续的,所以我们就需要一个指针来保存下一个节点的地址,所以,我们如果要定义链表,只需要定义链表的节点结构就行了
(在【C语言】结构体详解-CSDN博客 的1.3 结构体的自引用 中介绍过)
struct SListNode
{
int data;//数据
struct SListNode* next;//下一个数据的地址
};
和上一篇一样,创建一个头文件,两个源文件
也是一样,在头文件SList.h中定义单链表的结构,并对类型和结构体改名
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
typedef int Type;
//定义节点结构
typedef struct SListNode
{
Type data;
struct SListNode* next;
}SLNode;
我们先创建几个节点,在test.c中实现
#include "SList.h" //包含头文件
void SListtest1()
{
SLNode* node1 = (SLNode*)malloc(sizeof(SLNode));//创建节点1
node1->data = 1;//赋值
SLNode* node2 = (SLNode*)malloc(sizeof(SLNode));//创建节点2
node2->data = 2;//赋值
SLNode* node3 = (SLNode*)malloc(sizeof(SLNode));//创建节点3
node3->data = 3;//赋值
SLNode* node4 = (SLNode*)malloc(sizeof(SLNode));//创建节点4
node4->data = 4;//赋值
}
int main()
{
SListtest1();
return 0;
}
虽然我们创建好了节点,但是这几个节点现在还不能互相找到,所以我们接下来要将这几个节点连接起来,怎么连接?存下一个节点的地址
void SListtest1()
{
SLNode* node1 = (SLNode*)malloc(sizeof(SLNode));//创建节点1
node1->data = 1;//赋值
SLNode* node2 = (SLNode*)malloc(sizeof(SLNode));//创建节点2
node2->data = 2;//赋值
SLNode* node3 = (SLNode*)malloc(sizeof(SLNode));//创建节点3
node3->data = 3;//赋值
SLNode* node4 = (SLNode*)malloc(sizeof(SLNode));//创建节点4
node4->data = 4;//赋值
//将四个节点连接起来
node1->next = node2;
node2->next = node3;
node3->next = node4;
node4->next = NULL;
}
现在就构成了一个链表,有了这个简单的链表,我们来写一个函数打印一下里面的数据
链表的打印
在SList.h中进行函数的声明
void SLPrint(SLNode* ps);//打印
参数是链表的节点的地址
在SList.c中进行函数的实现
#include "SList.h"
void SLPrint(SLNode* ps) //打印
{
SLNode* pcur = ps;//pcur指向当前链表的第一个节点
}
要打印当然就要循环遍历,写一个while循环,判断条件为pcur,不为NULL进入循环
void SLPrint(SLNode* ps) //打印
{
SLNode* pcur = ps;//pcur指向当前链表的第一个节点
while (pcur) //判断第一个节点是否为NULL
{
//....
}
}
进入循环后打印内容
void SLPrint(SLNode* ps) //打印
{
SLNode* pcur = ps;//pcur指向当前链表的第一个节点
while (pcur)
{
printf("%d->", pcur->data);//打印内容
}
}
打印完一个数据后,要把下一个节点值部分的地址给pcur ,也就是pcur要存node2中2的地址,此时pcur不再指向node1,指向了node2
void SLPrint(SLNode* ps) //打印
{
SLNode* pcur = ps;//pcur指向当前链表的第一个节点
while (pcur)
{
printf("%d->", pcur->data);//打印内容
pcur = pcur->next;//指向下一个节点
}
printf("NULL\n");
}
在test.c中测试
测试时我们不直接传链表的第一个节点node1,而是再定义一个结构体指针plist去指向node1,让plist作为参数传过去
SLNode* plist = node1;
SLPrint(plist);
虽然有点多此一举,但这样会让我们的代码更完善
运行结果
2.链表的插入
实际使用链表的时候我们不会像上面那样一个一个创建,初始时候是一个空链表,会跟顺序表类似进行空间开辟然后插入数据
2.1空间申请创建节点
插入数据前依旧是要判断空间够不够
在SList.h中进行函数的声明
SLNode* SLBuyNode(Type x);//申请空间创建节点
返回值是节点的地址,参数就是要插入的数据
在SList.c中进行函数的实现
SLNode* SLBuyNode(Type x)//申请空间创建节点
{
SLNode* newnode = (SLNode*)malloc(sizeof(SLNode));
if (newnode == NULL) //空间申请失败
{
perror("malloc");
return 1;
}
newnode->data = x;
newnode->next = NULL;
return newnode;
}
2.2 尾插
在SList.h中进行函数的声明
void SLPushBack(SLNode** ps, Type x);//尾插
参数是链表的节点地址,是一个二级指针,和要插入的数据
我们要给函数传地址,这样形参的改变才能影响实参,对参数的理解如下,这很重要,这里提前展示将要在test.c中测试用的部分代码
在SList.c中进行函数的实现
尾插要先找到尾节点,再将尾节点和新节点连接起来 ,此时node4的地址部分就不再是NULL 而是新节点的地址
代码如何实现呢 ?先找尾节点
void SLPushBack(SLNode* ps, Type x)//尾插
{
SLNode* ptail = ps;//定义尾节点,开始时指向头节点
while (ptail->next != NULL)//遍历链表数据,找尾节点
{
ptail = ptail->next;
}
//跳出循环后ptail指向尾节点
}
然后我们直接调用创建节点的函数,放在找尾节点前面,最后赋值
void SLPushBack(SLNode* ps, Type x)//尾插
{
SLNode* newnode = SLBuyNode(x);//申请空间创建节点
SLNode* ptail = ps;//定义尾节点,开始时指向头节点
while (ptail->next != NULL)//遍历链表数据,找尾节点
{
ptail = ptail->next;
}
//跳出循环后ptail指向尾节点
ptail->next = newnode;//直接赋值
}
但是呢,链表在没有赋值的时候是空链表,所以我们要讨论空链表的情况,如果是空链表,直接让ps指向新节点newnode,所以最终的代码如下
void SLPushBack(SLNode** pps, Type x)//尾插
{
assert(pps);//pps不可以为NULL
SLNode* newnode = SLBuyNode(x);//申请空间创建节点
if (*pps == NULL) //*pps可以为NULL,表示空链表
{
*pps = newnode;
}
else //非空链表
{
SLNode* ptail = *pps;//定义尾节点,开始时指向头节点
while (ptail->next)//遍历链表数据,找尾节点
{
ptail = ptail->next;
}
//跳出循环后ptail指向尾节点
ptail->next = newnode;//直接赋值
}
}
我们再来看test.c中测试的代码
void SListtest2()
{
SLNode* plist = NULL;//空链表
SLPushBack(&plist, 1);//尾插
SLPushBack(&plist, 2);
SLPushBack(&plist, 3);
SLPushBack(&plist, 4);
SLPrint(plist);//打印
}
int main()
{
//SListtest1();
SListtest2();
return 0;
}
多插入几个数据,运行看结果,插入成功
2.3 头插
在SList.h中进行函数的声明
void SLPushHead(SLNode** pps, Type x);//头插
同样的,参数也是一个二级指针,还有要插入的数据
在SList.c中进行函数的实现
我们需要做两件事,一个是将newnode和原本的首节点连接在一起,另一件事是*pps要指向新的首节点
链表不为NULL时,代码如下
void SLPushHead(SLNode** pps, Type x)//头插
{
assert(pps);//pps不能为NULL
SLNode* newnode = SLBuyNode(x);//申请空间创建节点
newnode->next = *pps;
*pps = newnode;
}
当链表为NULL时,分析一下
当前代码也可以实现
在test.c中测试
void SListtest2()
{
SLNode* plist = NULL;//空链表
SLPushBack(&plist, 1);//尾插
SLPushBack(&plist, 2);
SLPushBack(&plist, 3);
SLPushBack(&plist, 4);
SLPrint(plist);//打印
SLPushHead(&plist, 6);//头插
SLPushHead(&plist, 7);
SLPushHead(&plist, 8);
SLPrint(plist);//打印
}
看一下运行结果
3.链表的删除
删除数据,链表就不能为空,不然删啥呢?
3.1 尾删
在SList.h中进行函数的声明
void SLPopBack(SLNode** pps);//尾删
在SList.c中进行函数的实现
很显然,首先就是找尾节点,找到尾节点之后直接释放吗?node4释放后node3->next里面依然存放着node4的地址,但此时指向的空间已经没了,此时的指针就成了一个野指针 ,所以我们还要将被释放节点的前一个节点的指针置空
所以我们还要找尾节点的前一个节点
void SLPopBack(SLNode** pps)//尾删
{
assert(pps && *pps);//pps和链表都不能为空
SLNode* prev = *pps;//定义尾节点前一个节点
SLNode* ptail = *pps;//定义尾节点
while (ptail->next)
{
prev = ptail;
ptail = ptail->next;
}
//此时找到了尾节点和尾节点前一个节点
free(ptail);//释放尾节点
ptail = NULL;//置空
prev->next = NULL;//置空尾节点前一个节点
}
如果这个链表只有一个节点呢,这个代码可行吗?来分析一下
我们把节点释放并置空后,prev->next就不存在了,函数最后一句代码就不能实现,所以,当链表里只有一个节点时,直接释放就行了
void SLPopBack(SLNode** pps)//尾删
{
assert(pps && *pps);//pps和链表都不能为空
if ((*pps)->next == NULL)//链表只有一个节点
{
free(*pps);//释放节点
*pps = NULL;//置空
}
else //链表不止一个节点
{
SLNode* prev = *pps;//定义尾节点前一个节点
SLNode* ptail = *pps;//定义尾节点
while (ptail->next)
{
prev = ptail;
ptail = ptail->next;
}
//此时找到了尾节点和尾节点前一个节点
free(ptail);//释放尾节点
ptail = NULL;//置空
prev->next = NULL;//置空尾节点前一个节点
}
}
在test.c中测试
void SListtest2()
{
SLNode* plist = NULL;//空链表
SLPushBack(&plist, 1);//尾插
SLPushBack(&plist, 2);
SLPrint(plist);//打印
SLPushHead(&plist, 6);//头插
SLPushHead(&plist, 7);
SLPrint(plist);//打印
SLPopBack(&plist);//尾删
SLPrint(plist);//打印
}
看下结果,尾删成功
3.2 头删
在SList.h中进行函数的声明
void SLPopHead(SLNode** pps);//头删
在SList.c中进行函数的实现
我们要删除头节点,跟删除尾节点不一样,如果我们把首节点释放掉,还能找到首节点里的next吗?不能,不能的话就找不到第二个节点以及剩下的节点
我们应该先把下一个节点的信息存储起来
SLNode* Next = (*pps)->next;//存节点
然后把原头节点释放
free(*pps);
最后让*pps指向新的头节点
*pps = Next;
所以代码如下
void SLPopHead(SLNode** pps)//头删
{
assert(pps && *pps);//pps和链表都不能为空
SLNode* Next = (*pps)->next;//存节点
free(*pps);
*pps = Next;
}
当链表只有一个节点时,分析一下,上面的代码也是可以完成的
我们在test.c中测试一下
void SListtest2()
{
SLNode* plist = NULL;//空链表
SLPushBack(&plist, 1);//尾插
SLPushBack(&plist, 2);
SLPrint(plist);//打印
SLPushHead(&plist, 6);//头插
SLPushHead(&plist, 7);
SLPrint(plist);//打印
SLPopBack(&plist);//尾删
SLPrint(plist);//打印
SLPopHead(&plist);//头删
SLPrint(plist);//打印
}
下篇我们再继续介绍更多内容,拜拜~