数据结构初阶：单链表

序言：

本篇博客主要介绍单链表的基本概念，包括如何定义和初始化单链表，以及如何进行数据的插入，删除和销毁等操作。

1.单链表

1.1 概念与结构

概念：链表是一种非顺序的存储结构，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。物理存储结构上非连续，

 举例来说，淡季时车次的车厢会相应减少，旺季时车次的车厢会额外增加⼏节。只需要将火车里的某节车厢去掉/ 加上，不会影响其他车厢，每节车厢都是独立存在的。

类比于链表，每节“车厢”是什么样的呢？

1.1.1 结点

与顺序表不同的是，链表里的每节“车厢”都是独立申请下来的空间，我们称之为“结点”。

结点的组成主要是有两个部分：当前结点要保存的数据和保存下一个结点的地址（指针变量）。

图中指针变量plist保存的是第⼀个结点的地址，我们称plist此时“指向”第⼀个结点，如果我们希望 plist“指向”第二个结点时，只需要修改plist保存的内容为0x0012FFA0。

 链表中每个结点都是独⽴申请的（即需要插⼊数据时才去申请⼀块结点的空间），我们需要通过指针 变量来保存下⼀个结点位置才能从当前结点找到下⼀个结点。

1.1.2 链表的性质

1、链式机构在逻辑上是连续的，在物理结构上不⼀定连续

2、结点⼀般是从堆上申请的

3、从堆上申请来的空间，是按照⼀定策略分配出来的，每次申请的空间可能连续，可能不连续

结合学到的结构体知识，我们可以给出每个结点对应的结构体代码：

假设当前保存的结点为整型：

struct SListNode
{
 int data; //结点数据
 struct SListNode* next; //指针变量⽤保存下⼀个结点的地址
}；

当我们想要保存一个整型数据时，实际是向操作系统申请了一块内存，这个内存不仅要保存整型数据，也要保存下一个结点的地址（当下一个结点为空时保存的地址为空）。

当我们想要从第一个结点走到最后一个结点时，只需要在当前结点拿上下一个结点的地址就可以了。

1.1.3 链表的打印

给定的链表结构，如何实现结点从头到尾的打印？

1.2 实现单链表

1.2.1 头文件的包含

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

//定义链表的结构
//定义节点的结构
typedef int SLTDataType;
typedef struct SListNode {
	SLTDataType data;
	struct SListNode* next;//指向下一个节点的指针
}SLTNode;
//typedef struct SListNode SLTNode;

//phead:头（首）节点
void SLTPrint(SLTNode* phead);

//尾插
void SLTPushBack(SLTNode** phead, SLTDataType x);

//头插
void SLTPushFront(SLTNode** phead, SLTDataType x);

//尾删
void SLTPopBack(SLTNode** pphead);

//头删
void SLTPopFront(SLTNode** phead);


//查找
SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x);
//在指定位置之前插入数据
void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x);
//在指定位置之后插入数据
void SLTInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x);
//删除pos结点
void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos);
//删除pos之后的结点
void SLTEraseAfter(SLTNode* pos);

//销毁链表
void SListDestroy(SLTNode** pphead);

1.2.2 打印单链表

void SLTPrint(SLTNode* phead)
{
	SLTNode* pcur = phead;
	while (pcur != NULL)
	{
		printf("%d -> ", pcur->data);
		pcur = pcur->next;
	}
	printf("NULL\n");
}

 打印单链表逻辑：

这段 C 语言代码定义了一个名为`SLTPrint`的函数，用于打印一个链表的内容。

函数的参数是一个指向链表头节点的指针`phead`。在函数内部，定义了一个指针`pcur`并初始化为`phead`，然后通过一个循环遍历链表。在循环中，使用`printf`函数输出当前节点的数据，并将指针`pcur`指向下一个节点，直到`pcur`为`NULL`，表示链表遍历结束。最后，输出`NULL`表示链表结束的标志。

1.2.3 向操作系统申请一个新结点

//向操作系统申请一个新节点
SLTNode* SLTBuyNode(SLTDataType x)
{
	SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail!");
		exit(1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	return newnode;
}

 逻辑概述：

这段 C 语言代码定义了一个名为 SLTBuyNode 的函数，用于向操作系统申请一个新的链表节点。

函数的参数是一个 SLTDataType 类型的变量 x，用于指定新节点的数据。在函数内部，使用 malloc 函数分配一个 SLTNode 类型大小的内存空间，并将其地址赋给指针 newnode。然后，通过判断 newnode 是否为 NULL 来检查内存分配是否成功。如果分配失败，使用 perror 函数输出错误信息，并使用 exit 函数终止程序运行。如果分配成功，将参数 x 赋值给新节点的 data 成员，并将新节点的 next 成员初始化为 NULL。最后，函数返回新节点的指针。

 1.2.4 尾插

//尾插
void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
	SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
	//链表为空，phead直接指向newnode节点
	if (*pphead == NULL)
	{
		*pphead = newnode;
	}
	else {
		//链表不为空，找尾节点，将尾节点和新节点连接起来
		SLTNode* ptail = *pphead;
		while (ptail->next)//等价于ptail->next != NULL
		{
			ptail = ptail->next;
		}
		//ptail newnode
		ptail->next = newnode;
	}
}

逻辑概述：

这段 C 语言代码定义了一个名为 SLTPushBack 的函数，用于在链表的尾部插入一个新节点。

函数的参数是一个指向链表头节点指针的指针 pphead 和一个 SLTDataType 类型的变量 x。在函数内部，首先调用 SLTBuyNode 函数创建一个新节点 newnode ，并将 x 作为其数据。

然后，通过判断 *pphead 是否为 NULL 来确定链表是否为空。如果链表为空，将 *pphead 直接指向 newnode 。

如果链表不为空，则通过一个循环找到链表的尾节点 ptail 。在循环中，只要 ptail->next 不为 NULL ，就将 ptail 指向下一个节点。当循环结束时，ptail 就指向了尾节点。最后，将 ptail 的 next 指针指向新节点 newnode ，完成尾部插入操作。

1.2.5 头插

//头插
void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
	assert(pphead);
	SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
	//newnode *pphead
	newnode->next = *pphead;
	*pphead = newnode;
}

 逻辑概述：

这段 C 语言代码定义了一个名为SLTPushFront的函数，用于在链表的头部插入一个新节点。

函数的参数是一个指向链表头节点指针的指针pphead和一个SLTDataType类型的变量x。在函数内部，首先使用assert函数检查pphead是否有效。然后，调用SLTBuyNode函数创建一个新节点newnode，并将x作为其数据。

接下来，将新节点的next指针指向当前的头节点（即*pphead），然后将*pphead更新为新节点newnode，从而实现了在链表头部插入新节点的操作。

1.2.6  尾删

//尾删
void SLTPopBack(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	//只有一个结点的时候
	if ((*pphead)->next == NULL)
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
	else
	{
		SLTNode* prev = NULL;
		SLTNode* ptail = &pphead;
		while (ptail->next)
		{
			prev = ptail;
			ptail = ptail->next;
		}
		//prev tail
		prev->next = NULL;
		free(ptail);
		ptail = NULL;
	}
}

 逻辑概述：

这段 C 语言代码定义了一个名为 SLTPopBack 的函数，用于删除链表的尾节点。

函数的参数是一个指向链表头节点指针的指针 pphead 。在函数内部，首先使用 assert 函数检查 pphead 是否有效以及链表是否不为空。

如果链表只有一个节点，那么直接释放该节点的内存，并将 *pphead 置为 NULL 。

如果链表有多个节点，那么通过一个循环找到尾节点 ptail 和其前一个节点 prev 。在循环中，只要 ptail->next 不为 NULL ，就将 prev 更新为 ptail ，并将 ptail 指向下一个节点。当循环结束时， ptail 就指向了尾节点， prev 指向尾节点的前一个节点。然后，将 prev->next 置为 NULL ，断开与尾节点的连接，释放尾节点的内存，并将 ptail 置为 NULL 。

 1.2.7 头删

//头删
void SLTPopFront(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);

	SLTNode* next = (*pphead)->next;
	free(*pphead);
	*pphead = next;
}

 逻辑概述：

这段 C 语言代码定义了一个名为SLTPopFront的函数，用于删除链表的头节点。

函数的参数是一个指向链表头节点指针的指针pphead。在函数内部，首先使用assert函数检查pphead是否有效以及链表是否不为空。

然后，通过(*pphead)->next获取头节点的下一个节点，并将其赋给next指针。接着，释放头节点的内存空间，最后将*pphead指向next，完成头节点的删除操作。

 1.2.8  查找

//查找
SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{
	SLTNode* pcur = phead;
	while (pcur)
	{
		if (pcur->data == x)
		{
			return pcur;
		}
		pcur = pcur->next;

	}
	//未找到
	return NULL;
}

 逻辑概述：

这段 C 语言代码定义了一个名为 SLTFind 的函数，用于在链表中查找指定值的节点。

函数的参数是一个指向链表头节点的指针 phead 和一个 SLTDataType 类型的变量 x ，表示要查找的值。在函数内部，定义一个指针 pcur 并初始化为 phead ，然后通过一个循环遍历链表。在循环中，检查当前节点的 data 值是否等于要查找的值 x 。如果相等，就返回当前节点的指针；如果不相等，就将 pcur 指向下一个节点，继续循环。如果循环结束后都没有找到匹配的节点，就返回 NULL ，表示未找到。

 1.2.9 在指定位置之前插入数据

//在指定位置之前插入数据
void SLInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pphead && pos);
	//pos就是头结点
	if(pos == *pphead)
	{
		//头插
		SLTPushFront(pphead, x);
	}
	else {
		SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
		//pos在头结点之后--->找pos前驱节点
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}
		//prev newnode pos
		newnode->next = pos;
		prev->next = newnode;
	}
}

 逻辑概述：

这段 C 语言代码定义了一个名为SLInsert的函数，用于在链表的指定位置之前插入一个新节点。

函数的参数是一个指向链表头节点指针的指针pphead、一个指向要插入位置的节点指针pos以及一个SLTDataType类型的变量x，表示要插入的数据。

在函数内部，首先使用assert函数检查pphead和pos是否有效。

如果pos就是头节点，那么就调用SLTPushFront函数进行头插操作。

如果pos在头节点之后，那么就调用SLTBuyNode函数创建一个新节点newnode，并通过一个循环找到pos的前驱节点prev。在循环中，只要prev->next不等于pos，就将prev指向下一个节点。当循环结束时，prev就指向了pos的前驱节点。然后，将新节点的next指针指向pos，将prev的next指针指向新节点，完成在指定位置之前插入新节点的操作。

 1.2.10 在指定位置之后插入数据

//在指定位置之后插入数据
void SLTInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pos);
	SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
	//pos newnode pos->next
	newnode->next = pos->next;
	pos->next = newnode;
}

 逻辑概述：

这段 C 语言代码定义了一个名为 SLTInsertAfter 的函数，用于在链表的指定位置之后插入一个新节点。

函数的参数是一个指向指定位置的节点指针 pos 和一个 SLTDataType 类型的变量 x，表示要插入的数据。

在函数内部，首先使用 assert 函数检查 pos 是否有效。然后，调用 SLTBuyNode 函数创建一个新节点 newnode，并将 x 作为其数据。

接下来，将新节点的 next 指针指向 pos 的下一个节点，然后将 pos 的 next 指针指向新节点，完成在指定位置之后插入新节点的操作。

1.2.11 删除pos结点

//删除pos结点
void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
	assert(pphead && pos);
	//要删除的结点刚好就是头结点---头删
	if (pos == *pphead)
	{
		SLTPopFront(pphead);
	}
	else {
		//prev
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}
		//prev pos pos->next
		prev->next = pos->next;
		free(pos);
		pos = NULL;
	}
}

逻辑概述：

这段 C 语言代码定义了一个名为SLTErase的函数，用于删除链表中的指定节点。

函数的参数是一个指向链表头节点指针的指针pphead和一个指向要删除节点的指针pos。

在函数内部，首先使用assert函数检查pphead和pos是否有效。

如果要删除的节点恰好是头节点，那么就调用SLTPopFront函数进行头删操作。

否则，通过一个循环找到要删除节点的前驱节点prev。在循环中，只要prev->next不等于pos，就将prev指向下一个节点。当循环结束时，prev就指向了要删除节点的前驱节点。然后，将prev->next指向pos的下一个节点，释放pos所占用的内存空间，并将pos置为NULL，完成删除节点的操作。

 1.2.11 删除pos结点之后的数据

//删除pos之后的结点
void SLTEraseAfter(SLTNode* pos)
{
	assert(pos && pos->next);
	//pos del del->next
	SLTNode* del = pos->next;
	pos->next = del->next;

	free(del);
	del = NULL;
}

逻辑概述：

这段 C 语言代码定义了一个名为 SLTEraseAfter 的函数，用于删除链表中指定节点 pos 之后的节点。

函数的参数是一个指向指定节点的指针 pos 。在函数内部，首先使用 assert 函数检查 pos 以及 pos->next 是否有效。

然后，定义一个指针 del 并将其指向 pos 的下一个节点。接着，将 pos 的 next 指针指向 del 的下一个节点。之后，释放 del 所占用的内存空间，并将 del 置为 NULL ，完成删除 pos 之后节点的操作。

 1.2.12 销毁链表

//销毁链表
void SListDestroy(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead);
	SLTNode* pcur = *pphead;
	while (pcur)
	{
		SLTNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	*pphead = NULL;
}

1.3 源码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"SList.h"

void SLTPrint(SLTNode* phead)
{
	SLTNode* pcur = phead;
	while (pcur != NULL)
	{
		printf("%d -> ", pcur->data);
		pcur = pcur->next;
	}
	printf("NULL\n");
}

//向操作系统申请一个新节点
SLTNode* SLTBuyNode(SLTDataType x)
{
	SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail!");
		exit(1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	return newnode;
}

//尾插
void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
	SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
	//链表为空，phead直接指向newnode节点
	if (*pphead == NULL)
	{
		*pphead = newnode;
	}
	else {
		//链表不为空，找尾节点，将尾节点和新节点连接起来
		SLTNode* ptail = *pphead;
		while (ptail->next)//等价于ptail->next != NULL
		{
			ptail = ptail->next;
		}
		//ptail newnode
		ptail->next = newnode;
	}
}
//头插
void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
	assert(pphead);
	SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
	//newnode *pphead
	newnode->next = *pphead;
	*pphead = newnode;
}

//尾删
void SLTPopBack(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	//只有一个结点的时候
	if ((*pphead)->next == NULL)
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
	else
	{
		SLTNode* prev = NULL;
		SLTNode* ptail = &pphead;
		while (ptail->next)
		{
			prev = ptail;
			ptail = ptail->next;
		}
		//prev tail
		prev->next = NULL;
		free(ptail);
		ptail = NULL;
	}
}

//头删
void SLTPopFront(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);

	SLTNode* next = (*pphead)->next;
	free(*pphead);
	*pphead = next;
}

//查找
SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{
	SLTNode* pcur = phead;
	while (pcur)
	{
		if (pcur->data == x)
		{
			return pcur;
		}
		pcur = pcur->next;

	}
	//未找到
	return NULL;
}

//在指定位置之前插入数据
void SLInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pphead && pos);
	//pos就是头结点
	if(pos == *pphead)
	{
		//头插
		SLTPushFront(pphead, x);
	}
	else {
		SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
		//pos在头结点之后--->找pos前驱节点
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}
		//prev newnode pos
		newnode->next = pos;
		prev->next = newnode;
	}
}

//在指定位置之后插入数据
void SLTInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pos);
	SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);
	//pos newnode pos->next
	newnode->next = pos->next;
	pos->next = newnode;
}

//删除pos结点
void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
	assert(pphead && pos);
	//要删除的结点刚好就是头结点---头删
	if (pos == *pphead)
	{
		SLTPopFront(pphead);
	}
	else {
		//prev
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}
		//prev pos pos->next
		prev->next = pos->next;
		free(pos);
		pos = NULL;
	}
}
//删除pos之后的结点
void SLTEraseAfter(SLTNode* pos)
{
	assert(pos && pos->next);
	//pos del del->next
	SLTNode* del = pos->next;
	pos->next = del->next;

	free(del);
	del = NULL;
}
//销毁链表
void SListDestroy(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead);
	SLTNode* pcur = *pphead;
	while (pcur)
	{
		SLTNode* next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = next;
	}
	*pphead = NULL;
}

2. 主函数

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"SList.h"

//手动构造一个链表
//并且打印链表
void test01()
{
	SLTNode* node1 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	SLTNode* node2 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	SLTNode* node3 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	SLTNode* node4 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));

	node1->data = 1;
	node2->data = 2;
	node3->data = 3;
	node4->data = 4;

	node1->next = node2;
	node2->next = node3;
	node3->next = node4;
	node4->next = NULL;

	//打印链表
	SLTNode* plist = node1;
	SLTPrint(plist);

}

void test02()
{
	SLTNode* plist = NULL;
	//往空链表中插入节点
	SLTPushBack(&plist, 1);
	SLTPrint(plist);
	SLTPushBack(&plist, 2);
	SLTPrint(plist);
	SLTPushBack(&plist, 3);
	SLTPrint(plist);
	SLTPushBack(&plist, 4);
	SLTPrint(plist);
}

int main()
{
	//test01();
	test02();
	return 0;
}

3. 小结

以上便是本篇博客的所有内容，主要是关于单链表的增，删，查，改的操作，如果这篇博客对诸君有所帮助，还请点点赞。