单向链表——C语言

发布于：2023-01-09 ⋅ 阅读:(632) ⋅ 点赞:(0)

前言

    这里只讲一下最简单的链表，也就是单向链表，链表相较于顺序表来说有很多优点，尤其是表中间插入和表头插入操作更简单，时间复杂度更低，而且空间利用率更高。单链表从表头开始，每个节点之间用指针来链接，最后一个节点的指针指向NULL，所以链表所用的计算机内存不一定是连续的，而每个节点都由数据域和指针域构成。

单链表的结构

     以上是单向链表的结构，可以看到单链表由表头指针head指向第一个节点开始，第一个节点的next指针又指向下一个节点，最后一个节点的next指针指向NULL结束。

链表的创建

    链表的节点是结构体类型，链表的创建常见的有头部插入和尾部插入，头部插入内容呈倒序连接，尾部插入呈正序连接。

    举个例子我们要做一个学生信息的链表

    尾插

    首先是链表结构体的定义

struct stu{
	char name[20];
	int age;
	int score;
};
typedef struct ChainList{
	struct stu data;
	struct ChainList *next;
}ChainList,*Node;

    其中ChainList就是我们的链表类型，里面包括数据域data（这里是另一个结构体类型，暂且叫学生信息类），以及指针域next。然后我们需要定义一个ChainList类型的表头head。

ChainList *head;
head = NULL;

    由于一开始链表里什么也没有是个空表，所以表头指向NULL。

    接下来我们需要向链表里添加内容，我们需要额外的两个指针stu（指向当前的学生信息），end（用于指向链表里最后一个节点），这两个指针都需要动态开辟内存。

    /* 创建尾指针 */
	ChainList *end;
	end = (ChainList*)malloc(sizeof(ChainList));
	end->next = NULL;

	/* 创建学生信息节点指针 */
	ChainList *stu;
	stu = (ChainList*)malloc(sizeof(ChainList));
	stu->next = NULL;

    然后我们将当前创建的学生信息节点里面的信息初始化

    /* 为学生节点信息填充内容 */
	strcpy(stu->data.name, "张三");
	stu->data.age = 20;
	stu->data.score = 59;

    然后我们将该节点与链表尾部相连，这里分两种情况：（一） 是链表是个空表，那么直接将该节点与head里的next指针相连；（二） 是链表不为空，则将链表最后一个节点的next指向该节点。

    最后再将尾指针end指向最新的节点。

    /* 将学生节点与链表的上一个节点连接 */
	if (head == NULL){  //如果为空表
		head = stu;
	}
	else{               //链表不为空
		end->next = stu;
	}
	end = stu;          //将尾指针指向刚才的节点

    这样就为链表新增了一个学生信息节点，如果还需增加信息就重复以上操作。

    完整代码：

struct stu{
	char name[10];
	int age;
	int score;
};
typedef struct ChainList{
	struct stu data;
	struct ChainList *next;
}ChainList,*Node;

int main(){

	ChainList *head;
	//head = (ChainList*)malloc(sizeof(ChainList));
	head= NULL;

	/*  创建尾指针  */
	ChainList *end;
	end = (ChainList*)malloc(sizeof(ChainList));
	end->next = NULL;

	/* 创建学生信息节点 */
	ChainList *stu;
	stu = (ChainList*)malloc(sizeof(ChainList));
	stu->next = NULL;

	/* 为学生节点信息填充内容 */
	strcpy(stu->data.name, "张三");
	stu->data.age = 20;
	stu->data.score = 59;

	/* 将学生节点与链表的上一个节点连接 */
	if (head == NULL){  //如果为空表
		head = stu;
	}
	else{               //链表不为空
		end->next = stu;
	}
	end = stu;          //将尾指针指向刚才的节点
                        //打印刚才添加的一个学生信息
	printf("%s %d %d\n", stu->data.name, stu->data.age , stu->data.score);
}

   

    如果需要添加多个信息，代码如下：

struct stu{
	char name[10];
	int age;
	int score;
};
typedef struct ChainList{
	struct stu data;
	struct ChainList *next;
}ChainList,*Node;

int main(){

	ChainList *head;
	head= NULL;

	/*  创建尾指针  */
	ChainList *end;
	end = (ChainList*)malloc(sizeof(ChainList));
	end->next = NULL;
	
	int n = 3; //增添三个学生信息
	while (n--){
	    /* 创建学生信息节点 */
		ChainList *stu;
	    stu = (ChainList*)malloc(sizeof(ChainList));
	    stu->next = NULL;

	    /* 为学生节点信息填充内容 */
		scanf("%s %d %d", &stu->data.name, &stu->data.age, &stu->data.score);
        
		/* 将学生节点与链表的上一个节点连接 */
		if (head == NULL){  //如果为空表
			head = stu;
		}
		else{               //链表不为空
			end->next = stu;
		}
		end = stu;          //将尾指针指向刚才的节点
	}

	/*  打印所有学生信息  */
	n = 3;
	ChainList *cur=head;
	printf("打印所有学生信息：\n");
	while (n--){
		printf("%s %d %d\n", cur->data.name, cur->data.age, cur->data.score);
		cur = cur->next;
	}
}

    头插

       头插的话稍微有些不同，有一个注意点：不能先将头指针指向准备插入的节点，如果先这么做了，那后面的节点就无法找到了。

    如上图，我们要想把一个节点插入开头，操作顺序必须是先进行①：将准备插入的节点的next指向第一个节点；然后再进行②：将头指针head指向该节点。

    如果先进行②的话，将head指向准备插入的节点后，后面的1就无法找到：

    知道了思路后就是实现代码：这里我将其写在函数里方便查看

struct stu{
	char name[10];
	int age;
	int score;
};
typedef struct ChainList{
	struct stu data;
	struct ChainList *next;
}ChainList, *Node;

void HeadInsertList(ChainList **head,int n){    //尾插
	//注意这里的head一定要传入二级指针才能修改主函数中的head

	ChainList *sta;
	while (n--){
		/* 创建学生信息节点 */
		ChainList *stu;
		stu = (ChainList*)malloc(sizeof(ChainList));
		stu->next = NULL;

		/* 为学生节点信息填充内容 */
		scanf("%s %d %d", &stu->data.name, &stu->data.age, &stu->data.score);
	
		if (NULL == *head)
			*head = stu;
		else{
			stu->next = sta;
			*head = stu;
		}
		sta = stu;
	}
}

void Print(ChainList *head, int n){  //打印学生信息
	ChainList *cur = head;
	printf("打印所有学生信息：\n");
	while (n--){
		printf("%s %d %d\n", cur->data.name, cur->data.age, cur->data.score);
		cur = cur->next;
	}
}
int main(){
	ChainList *head;
	head = NULL;
	int n = 3;
	HeadInsertList(&head,n);  //头插
	Print(head,n);           //打印
}

     以上头插代码还可以优化：

void HeadInsertList(ChainList **head,int n){    //尾插
	//注意这里的head一定要传入二级指针才能修改主函数中的head

	ChainList *sta=*head;
	while (n--){
		/* 创建学生信息节点 */
		ChainList *stu;
		stu = (ChainList*)malloc(sizeof(ChainList));
		stu->next = NULL;

		/* 为学生节点信息填充内容 */
		scanf("%s %d %d", &stu->data.name, &stu->data.age, &stu->data.score);
	    
		/*这里将head为NULL和不为NULL的情况合并在了一起，将原来的代码简化到只剩3行*/
		stu->next = sta;
		*head = stu;
		sta = stu;
	}
}

头删

    这里写一下头删，尾删的话挺简单就不写了：

    注意头删不能直接free第一个节点，会导致第二个节点无法被查找；也不能将head直接指向第二个节点，会导致第一个节点无法被查找、无法被删除。

void HeadDelList(ChainList **head){
	ChainList *del=*head;      //此时del指向第一个节点
	ChainList *cur=*head;
	cur = cur->next;           //cur指向第二个节点
	free(del);                 //删除第一个节点
	*head = cur;               //将head指向第二个节点使其成为新的第一节点
}

链表倒置

    链表倒置是个很常见的操作,这里需要定义三个指针来完成：

cur先指向第二个节点，prev一直在cur的前一个节点，而next一直在cur的后一个节点。（注意这里的next和节点里面的next不是同一个）

由于倒置之后第一个节点就变成了最后一个，所以我们先把prev的next指向空，于是prev不再指向第二个节点。

 

 然后再把cur的next指向prev：

 

然后再把三个指针都往后偏移一位，重复上面操作：

 当cur移动到NULL时退出循环，然后再将head指向prev：

 实现代码：

void ReverseList(ChainList **head){
	if (*head == NULL)
		return;
	ChainList *cur = *head;
	ChainList *prev = *head;
	ChainList *next = *head;
	cur = cur->next;          //cur指向第二个节点
	prev->next = NULL;        //先将第一个节点的next指向NULL
	
	while (cur){
        next = cur->next;
		cur->next = prev;
		prev = cur;
		cur = next;
	}
	*head = prev;//此时prev指向最后一个节点，于是将head指向prev使最后一个节点成为第一个节点
}

以上就是对单向链表的一些理解。

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