C/C++实现链表的常用操作

剑指offer版本

• 创建一个结点
• 链接两个结点（链表）
• 打印某个结点的值
• 打印pHead之后的链表
• 销毁pHead之后的链表

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// 《剑指Offer——名企面试官精讲典型编程题》代码
// 作者：何海涛
//==================================================================

// 面试题6：从尾到头打印链表
// 题目：输入一个链表的头结点，从尾到头反过来打印出每个结点的值。
#include<iostream>
#include<stack>
using namespace std;

struct ListNode
{
    int  m_nValue;
    ListNode* m_pNext;
    ListNode(){

    }
};

// 创建一个结点
ListNode* CreateListNode(int value)
{
    ListNode* pNode = new ListNode();
    pNode->m_nValue = value;
    pNode->m_pNext = nullptr;

    return pNode;
}


// 链接两个结点（链表）
void ConnectListNodes(ListNode* pCurrent, ListNode* pNext)
{
    if(pCurrent == nullptr)
    {
        printf("Error to connect two nodes.
");
        exit(1);
    }

    pCurrent->m_pNext = pNext;
}

// 打印某个结点的值
void PrintListNode(ListNode* pNode)
{
    if(pNode == nullptr)
    {
        printf("The node is nullptr
");
    }
    else
    {
        printf("The key in node is %d.
", pNode->m_nValue);
    }
}

// 打印pHead之后的链表
void PrintList(ListNode* pHead)
{
    printf("PrintList starts.
");

    ListNode* pNode = pHead;
    while(pNode != nullptr)
    {
        printf("%d	", pNode->m_nValue);
        pNode = pNode->m_pNext;
    }

    printf("
PrintList ends.
");
}

// 销毁从pHead开始之后的链表
void DestroyList(ListNode* pHead)
{
    ListNode* pNode = pHead;
    while(pNode != nullptr)
    {
        pHead = pHead->m_pNext;
        delete pNode;
        pNode = pHead;
    }
}

// 往链表的末尾添加一个结点
void AddToTail(ListNode** pHead, int value)
{
    ListNode* pNew = new ListNode();
    pNew->m_nValue = value;
    pNew->m_pNext = nullptr;

    if(*pHead == nullptr)
    {
        *pHead = pNew;
    }
    else
    {
        ListNode* pNode = *pHead;
        while(pNode->m_pNext != nullptr)
            pNode = pNode->m_pNext;

        pNode->m_pNext = pNew;
    }
}


// 找到第一个含有某值的结点并删除该结点
void RemoveNode(ListNode** pHead, int value)
{
    if(pHead == nullptr || *pHead == nullptr)
        return;

    ListNode* pToBeDeleted = nullptr;
    // 第一个结点
    if((*pHead)->m_nValue == value)
    {
        pToBeDeleted = *pHead;
        *pHead = (*pHead)->m_pNext;
    }
    else
    {
        ListNode* pNode = *pHead;
        while(pNode->m_pNext != nullptr && pNode->m_pNext->m_nValue != value)
            pNode = pNode->m_pNext;

        if(pNode->m_pNext != nullptr && pNode->m_pNext->m_nValue == value)
        {
            pToBeDeleted = pNode->m_pNext;
            pNode->m_pNext = pNode->m_pNext->m_pNext;
        }
    }

    if(pToBeDeleted != nullptr)
    {
        delete pToBeDeleted;
        pToBeDeleted = nullptr;
    }
}

void PrintListReversingly_Iteratively(ListNode* pHead)
{
    std::stack<ListNode*> nodes;

    ListNode* pNode = pHead;
    while(pNode != nullptr)
    {
        nodes.push(pNode);
        pNode = pNode->m_pNext;
    }

    while(!nodes.empty())
    {
        pNode = nodes.top();
        printf("%d	", pNode->m_nValue);
        nodes.pop();
    }
}

void PrintListReversingly_Recursively(ListNode* pHead)
{
    if(pHead != nullptr)
    {
        if (pHead->m_pNext != nullptr)
        {
            PrintListReversingly_Recursively(pHead->m_pNext);
        }

        printf("%d	", pHead->m_nValue);
    }
}

// ====================测试代码====================
void Test(ListNode* pHead)
{
    PrintList(pHead);
    PrintListReversingly_Iteratively(pHead);
    printf("
");
    PrintListReversingly_Recursively(pHead);
}

// 1->2->3->4->5
void Test1()
{
    printf("
Test1 begins.
");

    // pNode1作为第一个结点，注意没有头结点
    ListNode* pNode1 = CreateListNode(1);
    ListNode* pNode2 = CreateListNode(2);
    ListNode* pNode3 = CreateListNode(3);
    ListNode* pNode4 = CreateListNode(4);
    ListNode* pNode5 = CreateListNode(5);


    ConnectListNodes(pNode1, pNode2);
    ConnectListNodes(pNode2, pNode3);
    ConnectListNodes(pNode3, pNode4);
    ConnectListNodes(pNode4, pNode5);

    AddToTail(&pNode1, 10);
    Test(pNode1);

    DestroyList(pNode1);
}

// 只有一个结点的链表: 1
void Test2()
{
    printf("
Test2 begins.
");

    ListNode* pNode1 = CreateListNode(1);

    Test(pNode1);

    DestroyList(pNode1);
}

// 空链表
void Test3()
{
    printf("
Test3 begins.
");

    Test(nullptr);
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    Test1();
    Test2();
    Test3();

    return 0;
}

大话数据结构版

• 初始化顺序线性表
• 判断链表是否空
• 清空链表
• 返回链表中结点个数
• 返回链表中第i个数据元素的值
• 返回L中第1个与e满足关系的数据元素的位序
• 在L中第i个位置之前插入新的数据元素e，L的长度加1
• 删除L的第i个数据元素，并用e返回其值，L的长度减1
• 依次对L的每个数据元素输出
• 随机产生n个元素的值，建立带表头结点的单链线性表L（头插法）
• 随机产生n个元素的值，建立带表头结点的单链线性表L（尾插法）

#include<iostream>
#include<stack>
#include "time.h"
using namespace std;

#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0

typedef int Status;
// 结点值类型
typedef int ElemType;

Status visit(ElemType c){
    printf("%d ", c);
    return OK;
}

struct Node{
    ElemType data;
    Node* next;
};

// 定义链表
typedef struct Node* LinkList;

/* 初始化顺序链表 */
// 注意传递进来的是指针，因为需修改实参的值
// 注意LinkList* L是一个指向指针的指针，因为LinkList本来就是一个指针
Status InitList(LinkList* L){

    // 产生头结点
    *L = (LinkList)malloc(sizeof(Node));

    if(*L == NULL){
        return ERROR;
    }
    // 指针域暂时为空，因为还没有结点，数据域则不用管
    (*L)->next = NULL;

    return OK;
}

Status ListEmpty(LinkList L){

    if(L->next != NULL){
        return FALSE;
    }
    return TRUE;
}


int ListLength(LinkList L){

    // 头结点肯定是有的，不用判断
    int i = 0;
    LinkList p = L->next;
    while(p != NULL){
        i++;
        p = p->next;
    }
    return i;
}

/* 初始条件：链表L已存在，将L重置为空表 */
Status ClearList(LinkList* L){
    LinkList q;
    LinkList p = (*L)->next;
    while(p != NULL){
        // 中间结点q
        q = p ->next;
        free(p);
        p = q;
    }
    // 头结点指针域重置为空（即表示空表）
    (*L)->next = NULL;
    return OK;
}

/* 初始条件：链表L已存在，用e返回L中第i个结点的数据值 */
Status GetElem(LinkList L, int i, ElemType *e){
    // p指向链表第一个结点
    LinkList p = L->next;
    int j = 1;
    while(p != NULL){
        if(j == i){
            *e = p->data;
            return OK;
        }
        j++;
        p = p->next;
    }
    return ERROR;
}

int GetLocation(LinkList L, ElemType e){
    int i = 1;
    LinkList p = L->next;
    while(p != NULL){
        if(p->data == e){
            return i;
            break;
        }
        i++;
        p = p->next;
    }
    return ERROR;
}

/* 初始条件：L已存在，在L中的第i个位置插入一个值为e的结点 */
Status ListInsert(LinkList *L, int i, ElemType e){
    // p应该指向头结点，因为此时链表可能为空
    // 可以理解为j是p之后的一个结点
    LinkList p = *L;
    int j = 1;
    // 插入的结点s
    LinkList s;

    // 注意和删除结点写法不一样，因为当只有头结点的时候，是空表，如果写为p->next!=NULL则永远都插不上
    while(p != NULL && j<i){
        p = p->next;
        j++;
    }
    if(p == NULL || j>i){
        return ERROR;
    }

    s = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
    s->data = e;
    s->next = p->next;
    p->next = s;
    return OK;
}

Status ListDelete(LinkList* L, int i, ElemType *e){
    // p应该指向头结点，因为此时链表可能为空
    // 可以理解为j是p之后的一个结点
    LinkList p = *L;
    int j = 1;
    // 删除的结点q
    LinkList q;

    while(p->next != NULL && j<i){
        p = p->next;
        j++;
    }
    if(p->next == NULL || j>i)
        return ERROR;
    q = p->next;
    p->next = q->next;
    *e = q->data;
    free(q);
    return OK;
}

Status ListTraverse(LinkList L){
    LinkList p = L->next;
    while(p != NULL){
        visit(p->data);
        p = p->next;
    }
    printf("
");
    return OK;
}

// 插队法建立一个链表
void CreateListHead(LinkList* L, int n){

    LinkList p;
    int i;
    srand(time(0));
    *L = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
    (*L)->next = NULL;
    for(i = 1; i <= n; i++){
        p = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
        p->data = rand()%100 + 1;
        p->next = (*L)->next;
        (*L)->next = p;
    }
}

void CreateListTail(LinkList* L, int n){
    LinkList p, r;
    int i;
    srand(time(0));
    *L = (LinkList)malloc(sizeof(Node));

    r = *L;
    for(i = 1; i <= n; i++){
        p = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
        p->data = rand()%100 +1;
        r->next = p;
        r = p;
    }
    r->next = NULL;
}

int main(){

    LinkList L;
    int num;
    Status s;
    // 传递地址给函数，创建一个带头结点的“空链表”
    // 必须要初始化，分配一个头节点内存，不然程序错误
    s = InitList(&L);
    printf("%d
", s);

    // 插入元素
    for(int i = 1; i<=5; i++){
        ListInsert(&L, i, i);
    }
    ListInsert(&L, 10, 99);

    num = ListLength(L);
    printf("%d
", num);

    // 遍历元素
    ListTraverse(L);

    stack<LinkList> nodes;

    LinkList p = L->next;
    while(p != NULL){
       nodes.push(p);
       p = p->next;
    }
    while(!nodes.empty()){
        p = nodes.top();
        printf("%d ", p->data);
        nodes.pop();
    }

    return 0;

}

特别注意

  第一个剑指offer的版本是用C++写的，与之后的大话数据结构的不一样，后者是用C写的。两者在定义结构体的时候有一个小小的区别，但就引起了代码巨大的区别。

  C++版本的代码中，使用struct定义了一个结构体（类），没有使用typedf为结构体更名，但是C版本的代码中使用了typedef struct Node *LinkList;这句代码，因此定义LinkList本来就是一个指针类型。从此之后，在C的各种链表操作函数中，将某一个结点声明为LinkList p即可，但在C++版本中则需要声明为ListNode* p，但两者意思是一样的。

  因此在剑指offer的57页中，有句“我们要特别注意函数的第一个参数pHead是一个指向指针的指针，即ListNode** pHead”，这其实就是因为需要修改头指针的值。如此，在C版本中的函数中，声明为LinkList* L也是一个指向指针的指针，一个意思。

  两者还有一个区别就是，剑指offer版本是没有头结点的，但是大话数据结构是有头结点的。

  若要头结点，则在程序开始的时候应该初始化一个只有头结点的链表。

  只要涉及到修改头结点/头指针，都需要将参数设置为指向指针的指针。