• 单链表的基本操作

    《什么是单链表》一节我们学习了如何使用链表存储数据元素，以及如何使用 C 语言创建链表。本节将详细介绍对链表的一些基本操作，包括对链表中数据的添加、删除、查找（遍历）和更改。

    注意，以下对链表的操作实现均建立在已创建好链表的基础上，创建链表的代码如下所示：

    1. //声明节点结构
    2. typedef struct Link{
    3. int elem;//存储整形元素
    4. struct Link *next;//指向直接后继元素的指针
    5. }link;
    6. //创建链表的函数
    7. link * initLink(){
    8. link * p=(link*)malloc(sizeof(link));//创建一个头结点
    9. link * temp=p;//声明一个指针指向头结点，用于遍历链表
    10. //生成链表
    11. for (int i=1; i<5; i++) {
    12. //创建节点并初始化
    13. link *a=(link*)malloc(sizeof(link));
    14. a->elem=i;
    15. a->next=NULL;
    16. //建立新节点与直接前驱节点的逻辑关系
    17. temp->next=a;
    18. temp=temp->next;
    19. }
    20. return p;
    21. }

    从实现代码中可以看到，该链表是一个具有头节点的链表。由于头节点本身不用于存储数据，因此在实现对链表中数据的"增删查改"时要引起注意。

    链表插入元素

    同顺序表一样，向链表中增添元素，根据添加位置不同，可分为以下 3 种情况：

    • 插入到链表的头部（头节点之后），作为首元节点；
    • 插入到链表中间的某个位置；
    • 插入到链表的最末端，作为链表中最后一个数据元素；


    虽然新元素的插入位置不固定，但是链表插入元素的思想是固定的，只需做以下两步操作，即可将新元素插入到指定的位置：

    1. 将新结点的 next 指针指向插入位置后的结点；
    2. 将插入位置前结点的 next 指针指向插入结点；


    例如，我们在链表 {1,2,3,4} 的基础上分别实现在头部、中间部位、尾部插入新元素 5，其实现过程如图 1 所示：


    链表中插入元素的 3 种情况示意图
    图 1 链表中插入元素的 3 种情况示意图


    从图中可以看出，虽然新元素的插入位置不同，但实现插入操作的方法是一致的，都是先执行步骤 1 ，再执行步骤 2。

    注意：链表插入元素的操作必须是先步骤 1，再步骤 2；反之，若先执行步骤 2，除非再添加一个指针，作为插入位置后续链表的头指针，否则会导致插入位置后的这部分链表丢失，无法再实现步骤 1。

    通过以上的讲解，我们可以尝试编写 C 语言代码来实现链表插入元素的操作：

    1. //p为原链表，elem表示新数据元素，add表示新元素要插入的位置
    2. link * insertElem(link * p, int elem, int add) {
    3. link * temp = p;//创建临时结点temp
    4. //首先找到要插入位置的上一个结点
    5. for (int i = 1; i < add; i++) {
    6. temp = temp->next;
    7. if (temp == NULL) {
    8. printf("插入位置无效 ");
    9. return p;
    10. }
    11. }
    12. //创建插入结点c
    13. link * c = (link*)malloc(sizeof(link));
    14. c->elem = elem;
    15. //向链表中插入结点
    16. c->next = temp->next;
    17. temp->next = c;
    18. return p;
    19. }

    链表删除元素

    从链表中删除指定数据元素时，实则就是将存有该数据元素的节点从链表中摘除，但作为一名合格的程序员，要对存储空间负责，对不再利用的存储空间要及时释放。因此，从链表中删除数据元素需要进行以下 2 步操作：

    1. 将结点从链表中摘下来;
    2. 手动释放掉结点，回收被结点占用的存储空间;


    其中，从链表上摘除某节点的实现非常简单，只需找到该节点的直接前驱节点 temp，执行一行程序：

    temp->next=temp->next->next;

    例如，从存有 {1,2,3,4} 的链表中删除元素 3，则此代码的执行效果如图 2 所示：


    链表删除元素示意图
    图 2 链表删除元素示意图


    因此，链表删除元素的 C 语言实现如下所示：

    1. //p为原链表，add为要删除元素的值
    2. link * delElem(link * p, int add) {
    3.     link * temp = p;
    4.     //遍历到被删除结点的上一个结点
    5.     for (int i = 1; i < add; i++) {
    6.         temp = temp->next;
    7.         if (temp->next == NULL) {
    8.             printf("没有该结点 ");
    9.             return p;
    10.         }
    11.     }
    12.     link * del = temp->next;//单独设置一个指针指向被删除结点，以防丢失
    13.     temp->next = temp->next->next;//删除某个结点的方法就是更改前一个结点的指针域
    14.     free(del);//手动释放该结点，防止内存泄漏
    15.     return p;
    16. }

    我们可以看到，从链表上摘下的节点 del 最终通过 free 函数进行了手动释放。

    链表查找元素

    在链表中查找指定数据元素，最常用的方法是：从表头依次遍历表中节点，用被查找元素与各节点数据域中存储的数据元素进行比对，直至比对成功或遍历至链表最末端的 NULL（比对失败的标志）。

    因此，链表中查找特定数据元素的 C 语言实现代码为：

    1. //p为原链表，elem表示被查找元素、
    2. int selectElem(link * p,int elem){
    3. //新建一个指针t，初始化为头指针 p
    4. link * t=p;
    5. int i=1;
    6. //由于头节点的存在，因此while中的判断为t->next
    7. while (t->next) {
    8. t=t->next;
    9. if (t->elem==elem) {
    10. return i;
    11. }
    12. i++;
    13. }
    14. //程序执行至此处，表示查找失败
    15. return -1;
    16. }

    注意，遍历有头节点的链表时，需避免头节点对测试数据的影响，因此在遍历链表时，建立使用上面代码中的遍历方法，直接越过头节点对链表进行有效遍历。

    链表更新元素

    更新链表中的元素，只需通过遍历找到存储此元素的节点，对节点中的数据域做更改操作即可。

    直接给出链表中更新数据元素的 C 语言实现代码：

    1. //更新函数，其中，add 表示更改结点在链表中的位置，newElem 为新的数据域的值
    2. link *amendElem(link * p,int add,int newElem){
    3. link * temp=p;
    4. temp=temp->next;//在遍历之前，temp指向首元结点
    5. //遍历到待更新结点
    6. for (int i=1; i<add; i++) {
    7. temp=temp->next;
    8. }
    9. temp->elem=newElem;
    10. return p;
    11. }

    总结

    以上内容详细介绍了对链表中数据元素做"增删查改"的实现过程及 C 语言代码，在此给出本节的完整可运行代码：

    1. #include <stdio.h>
    2. #include <stdlib.h>
    4. typedef struct Link {
    5. int elem;
    6. struct Link *next;
    7. }link;
    8. link * initLink();
    9. //链表插入的函数，p是链表，elem是插入的结点的数据域，add是插入的位置
    10. link * insertElem(link * p, int elem, int add);
    11. //删除结点的函数，p代表操作链表，add代表删除节点的位置
    12. link * delElem(link * p, int add);
    13. //查找结点的函数，elem为目标结点的数据域的值
    14. int selectElem(link * p, int elem);
    15. //更新结点的函数，newElem为新的数据域的值
    16. link *amendElem(link * p, int add, int newElem);
    17. void display(link *p);
    19. int main() {
    20. //初始化链表（1，2，3，4）
    21. printf("初始化链表为： ");
    22. link *p = initLink();
    23. display(p);
    25. printf("在第4的位置插入元素5： ");
    26. p = insertElem(p, 5, 4);
    27. display(p);
    29. printf("删除元素3: ");
    30. p = delElem(p, 3);
    31. display(p);
    33. printf("查找元素2的位置为： ");
    34. int address = selectElem(p, 2);
    35. if (address == -1) {
    36. printf("没有该元素");
    37. }
    38. else {
    39. printf("元素2的位置为：%d ", address);
    40. }
    41. printf("更改第3的位置上的数据为7: ");
    42. p = amendElem(p, 3, 7);
    43. display(p);
    45. return 0;
    46. }
    48. link * initLink() {
    49. link * p = (link*)malloc(sizeof(link));//创建一个头结点
    50. link * temp = p;//声明一个指针指向头结点，用于遍历链表
    51. //生成链表
    52. for (int i = 1; i < 5; i++) {
    53. link *a = (link*)malloc(sizeof(link));
    54. a->elem = i;
    55. a->next = NULL;
    56. temp->next = a;
    57. temp = temp->next;
    58. }
    59. return p;
    60. }
    61. link * insertElem(link * p, int elem, int add) {
    62. link * temp = p;//创建临时结点temp
    63. //首先找到要插入位置的上一个结点
    64. for (int i = 1; i < add; i++) {
    65. temp = temp->next;
    66. if (temp == NULL) {
    67. printf("插入位置无效 ");
    68. return p;
    69. }
    70. }
    71. //创建插入结点c
    72. link * c = (link*)malloc(sizeof(link));
    73. c->elem = elem;
    74. //向链表中插入结点
    75. c->next = temp->next;
    76. temp->next = c;
    77. return p;
    78. }
    80. link * delElem(link * p, int add) {
    81.     link * temp = p;
    82.     //遍历到被删除结点的上一个结点
    83.     for (int i = 1; i < add; i++) {
    84.         temp = temp->next;
    85.         if (temp->next == NULL) {
    86.             printf("没有该结点 ");
    87.             return p;
    88.         }
    89.     }
    90.     link * del = temp->next;//单独设置一个指针指向被删除结点，以防丢失
    91.     temp->next = temp->next->next;//删除某个结点的方法就是更改前一个结点的指针域
    92.     free(del);//手动释放该结点，防止内存泄漏
    93.     return p;
    94. }
    95. int selectElem(link * p, int elem) {
    96. link * t = p;
    97. int i = 1;
    98. while (t->next) {
    99. t = t->next;
    100. if (t->elem == elem) {
    101. return i;
    102. }
    103. i++;
    104. }
    105. return -1;
    106. }
    107. link *amendElem(link * p, int add, int newElem) {
    108. link * temp = p;
    109. temp = temp->next;//tamp指向首元结点
    110. //temp指向被删除结点
    111. for (int i = 1; i < add; i++) {
    112. temp = temp->next;
    113. }
    114. temp->elem = newElem;
    115. return p;
    116. }
    117. void display(link *p) {
    118. link* temp = p;//将temp指针重新指向头结点
    119. //只要temp指针指向的结点的next不是Null，就执行输出语句。
    120. while (temp->next) {
    121. temp = temp->next;
    122. printf("%d ", temp->elem);
    123. }
    124. printf(" ");
    125. }

    代码运行结果：

    初始化链表为：
    1 2 3 4
    在第4的位置插入元素5：
    1 2 3 5 4
    删除元素3:
    1 2 5 4
    查找元素2的位置为：
    元素2的位置为：2
    更改第3的位置上的数据为7:
    1 2 7 4
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