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    一、什么是单链表?

    单链表:使用链式存储结构的线性表。单链表中的数据是以结点来表示的,每个结点的构成:数据域(数据元素的映像) + 指针域(指示后继元素存储位置)。如果单链表不做特别说明,一般指的是动态单链表。

    在 C 语言中可用结构指针来描述单链表:

    /* 线性表的单链表存储结构 */
    typedef struct node
    {
    	ElemType data;
    	struct node *next;
    }Node, LinkList;
    

    从这个结构定义中可以看出,结点由存放数据元素的数据域和存放后继结点地址的指针域组成。


    空链表的示意图:


    带有头结点的单链表:


    不带头结点的单链表的存储结果示意图:


    二、单链表的基本操作

    2.1 插入操作

    单链表的插入操作核心代码只有两句(例如在结点 p 后面插入结点 s):

    s->next = p->next; // 将p的后继结点赋值给s的后继
    p->next = s; // 将s赋值给p的后继结点
    

    解读这两句代码,也就是说让 p 的后继结点改成 s 的后继结点,再把结点 s 变成 p 的后继结点,如下图所示:


    单链表第 i 个位置插入结点的算法思路:

    1. 声明一结点 front 指向链表头结点,初始化 j 从 1 开始;
    2. 当 j<i 时,就遍历链表,让 front 的指针向后移动,不断指向下一结点,j 累加 1;
    3. 若到链表末尾 front 为空,则说明第 i 个元素不存在;
    4. 否则查找成功,在系统中创建一个空结点 pTemp;
    5. 将数据元素 e 赋值给pTemp->data
    6. 执行单链表的插入结点语旬pTemp->next = front ->next、front->next=pTemp
    7. 返回成功。

    实现代码如下:

    // 插入元素操作
    Status insertList(LinkList *pList, int i, const ElemType e)
    {
    	// 判断链表是否存在
    	if (!pList)
    	{
    		printf("list not exist!
    ");
    		return FALSE;
    	}
    	// 只能在位置1以及后面插入,所以i至少为1
    	if (i < 1)
    	{
    		printf("i is invalid!
    ");
    		return FALSE;
    	}
    
    	// 找到i位置所在的前一个结点
    	Node *front = pList; // 这里是让front与i不同步,始终指向j对应的前一个结点
    	for (int j = 1; j < i; j++) // j为计数器,赋值为1,对应front指向的下一个结点,即插入位置结点
    	{
    		front = front->next;
    		if (front == NULL)
    		{
    			printf("dont find front!
    ");
    			return FALSE;
    		}
    	}
    		
    	// 创建一个空节点,存放要插入的新元素
    	Node *temp = (Node *)malloc(sizeof(Node));
    	if (!temp)
    	{
    		printf("malloc error!
    ");
    		return FALSE;
    	}
    	temp->data = e;
    
    	// 插入结点
    	temp->next = front->next;
    	front->next = temp;
    
    	return TRUE;
    }
    
    • 实现的难点在于:如何找到要插入的 i 位置所在的前一个结点。
    • 注意:这里是有头结点的,头结点的位置为0,所以插入位置不能为0,至少为1。
    • 当 i=1 时,则能够不进入 while,且 front 指向头结点,后面直接在头结点后面即位置 1 插入元素 e。
    • 当 i=2 时,则控制只进入 while 一次,且 front 指向第一个存放元素的结点,在位置 2 插入元素 e。

    2.2 删除操作

    单链表的删除操作核心代码只有一句(删除结点 p 后面一个结点):

    p->next = p->next->next; // 将p的后继结点的后继赋值给p的后继
    


    单链表第 i 个数据之后删除结点的算法思路(删除的是 i+1 位置的结点):

    1. 声明一结点 front 指向链表头结点, 初始化 j 从 1 开始;
    2. 当 j<i 时,就遍历链表,让 front 的指针向后移动,不断指向下一个结点,j 累加1;
    3. 若到链表末尾 front 为空,则说明第 i 个元素不存在;
    4. 否则查找成功,查找到要删除位置的前一个结点 front,并赋值给 pTemp;
    5. 执行链表的删除结点语句front->next = front->next->next
    6. 将 pTemp 结点中的数据赋值给 e, 作为返回;
    7. 释放 pTemp 结点,并指向 NULL;
    8. 返回成功。

    实现代码如下:

    // 删除元素操作
    Status deleteList(LinkList *pList, int i, ElemType *e)
    {
    	// 判断链表是否存在
    	if (!pList)
    	{
    		printf("list not exist!
    ");
    		return FALSE;
    	}
    	// 只能删除位置1以及以后的结点
    	if (i < 1)
    	{
    		printf("i is invalid!
    ");
    		return FALSE;
    	}
    
    	// 找到i位置所在的前一个结点
    	Node *front = pList; // 这里是让front与i不同步,始终指向j对应的前一个结点
    	for (int j = 1; j < i; j++) // j为计数器,赋值为1,对应front指向的下一个结点,即插入位置结点
    	{
    		front = front->next;
    		if (front->next == NULL)
    		{
    			printf("dont find front!
    ");
    			return FALSE;
    		}
    	}
    
    	// 提前保存要删除的结点
    	Node *temp = front->next;
    	*e = temp->data; // 将要删除结点的数据赋给e
    
    	// 删除结点
    	front->next = front->next->next;
    
    	// 销毁结点	
    	free(temp);
    	temp = NULL;
    
    	return TRUE;
    }
    
    • 实现的难点在于:如何找到要删除的 i 位置所在的前一个结点。

    2.3 头部插入与尾部插入操作

    头部插入,就是始终让新结点在第一个结点的位置,这种算法简称为头插法,如下图所示:


    实现代码如下:

    // 头部后插入元素操作
    Status insertListHead(LinkList *pList, const ElemType e)
    {
    	Node *head;
    	Node *temp;
    
    	// 判断链表是否存在
    	if (!pList)
    	{
    		printf("list not exist!
    ");
    		return FALSE;
    	}
    
    	// 让head指向链表的头结点
    	head = pList;
    
    	// 创建存放插入元素的结点
    	temp = (Node *)malloc(sizeof(Node));
    	if (!temp)
    	{
    		printf("malloc error!
    ");
    		return FALSE;
    	}
    	temp->data = e;
    	
    	// 头结点后插入结点
    	temp->next = head->next;
    	head->next = temp;
    
    	return TRUE;
    }
    

    尾部插入,将数据元素插入到尾节点后面,这种简称为尾插法,如下图所示:


    实现代码如下:

    // 尾部后插入元素操作
    Status insertListTail(LinkList *pList, const ElemType e)
    {
    	Node *cur;
    	Node *temp;
    
    	// 判断链表是否存在
    	if (!pList)
    	{
    		printf("list not exist!
    ");
    		return FALSE;
    	}
    
    	// 找到链表尾节点
    	cur = pList;
    	while (cur->next)
    	{
    		cur = cur->next;
    	}
    
    	// 创建存放插入元素的结点
    	temp = (Node *)malloc(sizeof(Node));
    	if (!temp)
    	{
    		printf("malloc error!
    ");
    		return -1;
    	}
    	temp->data = e;
    
    	// 尾结点后插入结点
    	temp->next = cur->next;
    	cur->next = temp;
    
    	return TRUE;
    }
    

    2.4 清空链表操作

    清空链表的算法思路如下:

    1. 声明一结点 cur 和 temp;
    2. 将第一个结点赋值给 cur ;
    3. 循环:
      • 使用 temp 事先保存下一结点,防止后面释放 cur 后导致“掉链”;
      • 释放 cur;
      • 将 next 赋值给 cur。

    实现代码算法如下:

    // 清空链表操作
    Status clearList(LinkList *pList)
    {
    	Node *cur; // 当前结点
    	Node *temp; // 事先保存下一结点,防止释放当前结点后导致“掉链”
    
    	// 判断链表是否存在
    	if (!pList)
    	{
    		printf("list not exist!
    ");
    		return FALSE;
    	}
    
    	cur = pList->next; // 指向第一个结点
    	while (cur)
    	{
    		temp = cur->next; // 事先保存下一结点,防止释放当前结点后导致“掉链”
    		free(cur); // 释放当前结点
    		cur = temp; // 将下一结点赋给当前结点p
    	}
    	pList->next = NULL; // 头结点指针域指向空
    
    	return TRUE;
    }
    

    三、完整程序

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    
    #define TRUE 1
    #define FALSE 0
    typedef int Status; // Status是函数结果状态,成功返回TRUE,失败返回FALSE
    
    typedef int ElemType;
    /* 线性表的单链表存储结构 */
    typedef struct node
    {
    	ElemType data;
    	struct node *next;
    }Node, LinkList;
    
    void initList(LinkList **pList); // 初始化链表操作
    Status insertList(LinkList *pList, int i, const ElemType e); // 插入元素操作
    Status deleteList(LinkList *pList, int i, ElemType *e); // 删除元素操作
    Status getElem(LinkList *pList, int i, ElemType *e); // 获取元素操作
    Status insertListHead(LinkList *pList, const ElemType e); // 头部后插入元素操作
    Status insertListTail(LinkList *pList, const ElemType e); // 尾部后插入元素操作
    Status clearList(LinkList *pList); // 清空链表操作
    void traverseList(LinkList *pList); // 遍历链表操作
    
    // 初始化单链表操作
    void initList(LinkList **pList) // 必须使用双重指针,一重指针申请会出错
    {
    	*pList = (LinkList *)malloc(sizeof(Node));
    	if (!pList)
    	{
    		printf("malloc error!
    ");
    		return;
    	}
    
    	(*pList)->data = 0;
    	(*pList)->next = NULL;
    }
    
    // 插入元素操作
    Status insertList(LinkList *pList, int i, const ElemType e)
    {
    	// 判断链表是否存在
    	if (!pList)
    	{
    		printf("list not exist!
    ");
    		return FALSE;
    	}
    	// 只能在位置1以及后面插入,所以i至少为1
    	if (i < 1)
    	{
    		printf("i is invalid!
    ");
    		return FALSE;
    	}
    
    	// 找到i位置所在的前一个结点
    	Node *front = pList; // 这里是让front与i不同步,始终指向j对应的前一个结点
    	for (int j = 1; j < i; j++) // j为计数器,赋值为1,对应front指向的下一个结点,即插入位置结点
    	{
    		front = front->next;
    		if (front == NULL)
    		{
    			printf("dont find front!
    ");
    			return FALSE;
    		}
    	}
    		
    	// 创建一个空节点,存放要插入的新元素
    	Node *temp = (Node *)malloc(sizeof(Node));
    	if (!temp)
    	{
    		printf("malloc error!
    ");
    		return FALSE;
    	}
    	temp->data = e;
    
    	// 插入结点
    	temp->next = front->next;
    	front->next = temp;
    
    	return TRUE;
    }
    
    // 删除元素操作
    Status deleteList(LinkList *pList, int i, ElemType *e)
    {
    	// 判断链表是否存在
    	if (!pList)
    	{
    		printf("list not exist!
    ");
    		return FALSE;
    	}
    	// 只能删除位置1以及以后的结点
    	if (i < 1)
    	{
    		printf("i is invalid!
    ");
    		return FALSE;
    	}
    
    	// 找到i位置所在的前一个结点
    	Node *front = pList; // 这里是让front与i不同步,始终指向j对应的前一个结点
    	for (int j = 1; j < i; j++) // j为计数器,赋值为1,对应front指向的下一个结点,即插入位置结点
    	{
    		front = front->next;
    		if (front->next == NULL)
    		{
    			printf("dont find front!
    ");
    			return FALSE;
    		}
    	}
    
    	// 提前保存要删除的结点
    	Node *temp = front->next;
    	*e = temp->data; // 将要删除结点的数据赋给e
    
    	// 删除结点
    	front->next = front->next->next;
    
    	// 销毁结点	
    	free(temp);
    	temp = NULL;
    
    	return TRUE;
    }
    
    // 获取元素操作
    Status getElem(LinkList *pList, int i, ElemType *e)
    {
    	// 判断链表是否存在
    	if (!pList)
    	{
    		printf("list not exist!
    ");
    		return FALSE;
    	}
    	// 只能获取位置1以及以后的元素
    	if (i < 1)
    	{
    		printf("i is invalid!
    ");
    		return FALSE;
    	}
    
    	// 找到i位置所在的结点
    	Node *cur = pList->next; // 这里是让cur指向链表的第1个结点,与j同步
    	for (int j = 1; j < i; j++) // j为计数器,赋值为1,对应cur指向结点
    	{
    		cur = cur->next;
    		if (cur == NULL)
    		{
    			printf("dont find front!
    ");
    			return FALSE;
    		}
    	}
    
    	// 取第i个结点的数据
    	*e = cur->data;
    
    	return TRUE;
    }
    
    // 头部后插入元素操作
    Status insertListHead(LinkList *pList, const ElemType e)
    {
    	Node *head;
    	Node *temp;
    
    	// 判断链表是否存在
    	if (!pList)
    	{
    		printf("list not exist!
    ");
    		return FALSE;
    	}
    
    	// 让head指向链表的头结点
    	head = pList;
    
    	// 创建存放插入元素的结点
    	temp = (Node *)malloc(sizeof(Node));
    	if (!temp)
    	{
    		printf("malloc error!
    ");
    		return FALSE;
    	}
    	temp->data = e;
    	
    	// 头结点后插入结点
    	temp->next = head->next;
    	head->next = temp;
    
    	return TRUE;
    }
    
    // 尾部后插入元素操作
    Status insertListTail(LinkList *pList, const ElemType e)
    {
    	Node *cur;
    	Node *temp;
    
    	// 判断链表是否存在
    	if (!pList)
    	{
    		printf("list not exist!
    ");
    		return FALSE;
    	}
    
    	// 找到链表尾节点
    	cur = pList;
    	while (cur->next)
    	{
    		cur = cur->next;
    	}
    
    	// 创建存放插入元素的结点
    	temp = (Node *)malloc(sizeof(Node));
    	if (!temp)
    	{
    		printf("malloc error!
    ");
    		return -1;
    	}
    	temp->data = e;
    
    	// 尾结点后插入结点
    	temp->next = cur->next;
    	cur->next = temp;
    
    	return TRUE;
    }
    
    // 清空链表操作
    Status clearList(LinkList *pList)
    {
    	Node *cur; // 当前结点
    	Node *temp; // 事先保存下一结点,防止释放当前结点后导致“掉链”
    
    	// 判断链表是否存在
    	if (!pList)
    	{
    		printf("list not exist!
    ");
    		return FALSE;
    	}
    
    	cur = pList; // 指向头结点
    	while (cur)
    	{
    		temp = cur->next; // 事先保存下一结点,防止释放当前结点后导致“掉链”
    		free(cur); // 释放当前结点
    		cur = temp; // 将下一结点赋给当前结点p
    	}
    	pList->next = NULL; // 头结点指针域指向空
    
    	return TRUE;
    }
    
    // 遍历链表操作
    void traverseList(LinkList *pList)
    {
    	// 判断链表是否存在
    	if (!pList)
    	{
    		printf("list not exist!
    ");
    		return;
    	}
    
    	Node *cur = pList->next;
    	while (cur != NULL)
    	{
    		printf("%d ", cur->data);
    		cur = cur->next;
    	}
    	printf("
    ");
    }
    
    int main()
    {
    	LinkList *pList;
    
    	// 初始化链表
    	initList(&pList);
    	printf("初始化链表!
    
    ");
    
    	// 插入结点
    	insertList(pList, 1, 0);
    	printf("在位置1插入元素0
    ");
    	insertList(pList, 2, 1);
    	printf("在位置2插入元素1
    ");
    	insertList(pList, 3, 2);
    	printf("在位置3插入元素2
    
    ");
    
    	// 删除结点
    	int val;
    	deleteList(pList, 2, &val);
    	printf("删除位置2的结点,删除结点的数据为: %d
    ", val);
    	printf("
    ");
    
    	// 头部后插入元素
    	insertListHead(pList, 5);
    	printf("头部后插入元素5
    
    ");
    
    	// 尾部后插入元素
    	insertListTail(pList, 8);
    	printf("尾部后插入元素8
    
    ");
    
    	// 遍历链表并显示元素操作
    	printf("遍历链表:");
    	traverseList(pList);
    	printf("
    ");
    
    	// 销毁链表
    	clearList(pList);
    	printf("销毁链表
    
    ");
    
    	return 0;
    }
    

    输出结果如下图所示:


    注意上面只是 “静态单链表” 的 C 语言实现,测试编译器为 VS2013。


    四、单链表结构与顺序存储结构的优缺点


    **经验性结论: **

    1.若线性表需要频繁查找,很少进行插入和删除操作时,宜采用顺序存储结构;若需要频繁插入和删除时,宜采用链式存储结构。比如用户注册的个人信息,除了注册时插入数据外,绝大多数都是读取,所以应该考虑用顺序存储结构。

    2.当线性表中的元素个数变化较大或者根本不知道有多大时,最好用链式存储结构,这样可以不需要考虑存储空间的大小问题。


    参考:

    《大话数据结构 - 第3章》 线性表


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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/linuxAndMcu/p/10306664.html
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