链接未来：深入理解链表数据结构（一.c语言实现无头单向非循环链表）

是Nero哦

发布于 2024-01-18 18:39:26

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发布于 2024-01-18 18:39:26

文章被收录于专栏：c/c++学习与分享

在上一篇文章中，我们探索了顺序表这一基础的数据结构，它提供了一种有序存储数据的方法，使得数据的访 问和操作变得更加高效。想要进一步了解，大家可以移步于上一篇文章：探索顺序表：数据结构中的秩序之美

今天，我们将进一步深入，探讨另一个重要的数据结构——链表

链表和顺序表一样，都属于线性表，也用于存储数据，但其内部结构和操作方式有着明显的不同。通过C语言的具体实现，我们将会更加直观地理解它

源码可以打我的gitee里面查找：唔姆/比特学习过程2 (gitee.com)

一.链表的概念及结构

链表是一种物理存储(实际上)结构上==非连续、非顺序==（杂乱随意排序）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

实际情况中：

从上图可发现：

链表在逻辑上连续，在物理上是不连续的
各个节点（Node）一般都是从堆上面申请空间的
从堆上面申请的空间是有一定策略的，可能连续，可也能不连续

二.链表的分类

单向或者双向

带头或者不带头

循环或者非循环

三种情况随意组合起来就有8种链表结构

其中，最为常用的是：

无头单向非循环和带头双向循环

无头单向非循环链表：结构简单，但是一般不会单独用来存数据。实际中更多是作为其他数据结构的子结构，如哈希桶、图的邻接表等等

带头双向循环链表：结构最复杂，一般用在单独存储数。实际中使用的链表数据结构，都是带头双向循环链表。这个结构虽然结构复杂，但是使用代码实现以后会发现结构会带来很多优势，实现它反而简单了

这两种结果都会给大家实现的，今天先来无头单向非循环链表

三.无头单向非循环链表的实现

1.项目文件规划

头文件SList.h:用来基础准备（常量定义，typedef），链表表的基本框架，函数的声明
源文件SList.h:用来各种功能函数的具体实现
源文件test.c:用来测试功能是否有问题，进行基本功能的使用

2.基本结构及功能一览

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

typedef int SLDataType;

typedef struct SingleListNode
{
	int data;
	SingleListNode* next;
}SLNode;

void SLPrint(SLNode* phead);// 单链表打印

void SLPushBack(SLNode** pphead, int n);// 单链表尾插
void SLPushFront(SLNode** pphead, int n);// 单链表头插
void SLPopBack(SLNode** pphead);// 单链表尾删
void SLPopFront(SLNode** pphead);// 单链表尾删

SLNode* SLFind(SLNode* phead, int n);
SLNode* SLInsert(SLNode** pphead, SLNode* pos, int n);//在pos前面插入
SLNode* SLErase(SLNode** pphead, SLNode* pos);//删除pos前面那个

void SLInsertAfter(SLNode* pos, int n);//在pos后面插入
void SLEraseAfter(SLNode* pos);//在pos后面删除

void SLDestory(SLNode** pphead);

3.各功能接口具体实现

3.1打印单链表

void SLPrint(SLNode* phead)
{
	assert(phead);
	SLNode* cur = phead;
	while (cur != NULL)//与while(cur)同样的效果
	{
		printf("%d ", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("\n");
}

3.2尾插

SLNode* CreateNode(int n)
{
	SLNode* newNode= (SLNode*)malloc(sizeof(SLNode));
	if (newNode == NULL)
	{
		perror("malloc error");
		return -1;
	}
	newNode->data = n;
	newNode->next = NULL;
	return newNode;
}

void SLPushBack(SLNode** pphead, int n)
{
	assert(pphead);

	SLNode* newNode = CreateNode(n);//先把节点搞好
	//先考虑一下没有节点的情况
	if (*pphead == NULL)
	{
		*pphead = newNode;  //这就是传二级指针的原因：
		                   //我们要改变 SLNode* phead本身的指向，就把他地址传过来
		                  //当我们只是要改变指向的结构体里的内容时只要传SLNode* phead就行了
	}
	else
	{
		SLNode* tail = *pphead;
		while (tail->next != NULL)//找到最后一个节点
		{
			tail = tail->next;
		}
		tail->next = newNode;
	}
}

通过 CreateNode 函数创建了一个含有数值 n 的新节点 newNode
然后根据链表是否为空进行不同的操作：
如果链表为空（即头指针指向空），则将新节点 newNode 赋值给头指针 *pphead
如果链表不为空，则需要找到链表末尾的节点，通过遍历找到最后一个节点(tail)，并将其 next 指针指向新节点 newNode**，以将新节点插入到链表的末尾**

为什么传入二级指针：

这种设计方式的原因在于需要修改指针本身的值，而不是只修改指针所指向的内容 考虑到单链表在插入节点时，可能会涉及链表头指针的修改，如果直接传递单级指针（指向头指针），在函数内部对头指针进行修改是不会反映到函数外部的==(形参是实参的临时拷贝)==。但如果使用二级指针，可以在函数内部修改指针的指向，这样修改后的指向会在函数外部保持

3.3头插

void SLPushFront(SLNode** pphead, int n)
{
	assert(pphead);

	SLNode* newNode = CreateNode(n);//先把节点搞好
	if (*pphead == NULL)
	{
		*pphead = newNode;
	}
	else
	{
		newNode->next = (*pphead)->next;
		(*pphead)->next = newNode;
	}
	//或者
	//newNode->next = (*pphead);
	//*pphead = newNode;
}

通过 CreateNode 函数创建了一个含有数值 n 的新节点 newNode
接着，根据链表是否为空进行不同的操作：
- 如果链表为空（即头指针指向空），则将新节点 newNode 赋值给头指针 *pphead
- 如果链表不为空，则将新节点 newNode 的 next 指针指向当前头节点的下一个节点（原链表的第二个节点），然后将当前头节点的 next 指针指向新节点 newNode**，以完成插入**

注释部分显示了另一种写法，通过先设置新节点的 next 指针指向当前头节点，然后再将链表的头指针指向新节点，实现了同样的插入操作

3.4尾删

void SLPopBack(SLNode** pphead)
{
	assert(pphead);
	assert(*pphead);//防止一个都没有还删
	if ((*pphead)->next == NULL)//只有一个
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
	else
	{
		//找到倒数第二个
		SLNode* pre_tail = *pphead;
		while (pre_tail->next->next != NULL)
		{
			pre_tail = pre_tail->next;
		}
		free(pre_tail->next);
		pre_tail->next = NULL;
	}
}

检查链表头指针 *pphead 是否存在（不为 NULL），以及链表是否为空（只有一个节点）
- 如果链表中只有一个节点，则直接释放该节点，并将链表头指针设置为 NULL，表示链表为空
- 如果链表中有多个节点，则会找到倒数第二个节点，即指向最后一个节点的前一个节点。它通过遍历链表直到找到倒数第二个节点 pre_tail**，然后释放最后一个节点，并将倒数第二个节点的** next 指针设置为 NULL，表示该节点成为新的末尾节点

3.5头删

void SLPopFront(SLNode** pphead)
{
	assert(pphead);
	assert(*pphead);//防止一个都没有还删

	SLNode* first = (*pphead)->next;//一个和多个都适用
	free(*pphead);
	*pphead = first;
}

创建了一个临时指针 first 来指向原链表的第二个节点（如果存在）。这是因为要删除的是链表的头节点，为了不断开链表，需要先保存第二个节点的地址
通过 free(*pphead) 释放掉原来的头节点，然后将链表的头指针 *pphead 更新为原头节点的下一个节点 first

3.6查找

SLNode* SLFind(SLNode* phead, int n)
{
	assert(phead);
	SLNode* cur = phead;
	while (cur != NULL)//与while(cur)同样的效果
	{
		if (cur->data == n)
		{
			return cur;
		}
		cur = cur->next;
	}
	return NULL;
}

3.7插入pos前一个

void SLInsert(SLNode** pphead, SLNode* pos, int n)//在pos前面插入
{
	assert(pphead);
	assert(pos);
	SLNode* cur = *pphead;
	if (*pphead == pos)//在第一个节点前面插入
	{
		// 头插
		SLTPushFront(pphead, n);
	}
	else
	{
		while (cur->next != pos)
		{
			cur = cur->next;
		}
		SLNode* newNode = CreateNode(n);
		newNode->next = cur->next;
		cur->next = newNode;
	}
}

如果要插入的位置 pos 就是链表的头节点 *pphead**，即在第一个节点前面插入，则调用** SLTPushFront 函数，直接在链表头部插入新节点 newNode
如果要插入的位置不是头节点，则通过循环遍历链表，直到找到 pos 的前一个节点 cur**，然后创建新节点** newNode 并将其插入到 pos 前面，完成节点的插入操作

3.8删除pos前一个

void SLErase(SLNode** pphead, SLNode* pos)
{
	assert(pphead);
	assert(pos);
	assert(*pphead != pos);//防止前面没有
	SLNode* cur = *pphead;
	SLNode* pre_cur = *pphead;
	while (cur->next != pos)
	{
		pre_cur = cur;
		cur = cur->next;
	}
	pre_cur->next = pos;
	free(cur);
	cur = NULL;
}

3.9插入pos后一个

void SLInsertAfter(SLNode* pos, int n)
{
	assert(pos);
	SLNode* newNode =CreateNode(n);
	newNode->next = pos->next;
	pos->next = newNode;
}

创建一个新节点 newNode**，并将新节点的** next 指针指向 pos 节点原本的下一个节点，以保证链表的连续性
将 pos 节点的 next 指针指向新节点 newNode**，完成了在指定节点之后插入新节点的操作**

3.10删除pos后一个

void SLEraseAfter(SLNode* pos)
{
	assert(pos);
	SLNode* next = pos->next->next;
	free(pos->next);
	pos->next = NULL;
	pos->next = next;
}

3.11销毁（避免内存泄露）

void SLDestory(SLNode** pphead)
{
	assert(pphead);
	SLNode* cur = *pphead;
	SLNode* next = *pphead;
	while (cur!=NULL)
	{
		next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	*pphead = NULL;
}