C语言数据结构——链表

目录

前言

大家好，本篇文章主要带领大家了解一下什么是链表，链表的两个主要结构，以及链表和顺序表的差别。

一、什么是链表

1.1链表的结构和概念

概念：链表是一种物理存储结构上非连续、非顺序的存储结构，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 。

 链表就像是火车，每块空间都独立存在，彼此通过指针相链接。

链表的数据结构如下所示：

 注意：

1.从上图看出，链式结构逻辑上是连续的，但在内存中的存储可能是不连续的。

2.现实中的节点一般都是在堆上面申请的。

3.从堆上面申请空间是有其规律的，两次申请的空间可能连续也可能不连续。

1.2 链表的分类

实际中链表的结构非常多样，以下情况组合起来就有8种链表结构：

1.单向或者双向

 2.带头(哨兵位)或者不带头

 3.循环或者非循环

 8种链表结构分别是：单向链表，单向带头，单向循环，单向带头循环，双向链表，双向带头，双向循环，双向带头循环

其中最常用的有两个分别是单向链表，双向带头循环链表。

 1. 无头单向非循环链表：结构简单，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

2.带头双向循环链表：结构最复杂，一般用在单独存储数据。实际中使用的链表数据结构，都是带头双向循环链表。

接下来我们就带领大家实现这两个最常用的链表结构

ps：建议大家在完成链表时，每完成一个功能都测试一下，以免最后调bug调崩溃

二、无头单向非循环链表

本次链表我们将其分成三个文件SList.c，SList.h，test.c，分别用来实现，声明，测试。

ps：链表的全部代码以及效果展示会在文章末尾贴出

2.1 创建结构体

创建结构体，其中有两个成员，一个用来存储数据，一个用来指向下一个空间，并将其名字定义为SListNode方便后续使用

typedef int SLTDateType;

typedef struct SListNode
{
    SLTDateType data;
    struct SListNode* next;
}SListNode;

2.2 动态申请一个节点

申请节点我们用malloc函数，申请成功后返回空间地址，需要注意此时未和其他节点链接

// 动态申请一个节点
SListNode* BuySListNode(SLTDateType x)
{
	SListNode* ptr = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode));
	if (ptr == NULL)
	{
		perror("malloc");
		exit(-1);
	}
	SListNode* Phead = ptr;
	Phead->data = x;
	Phead->next = NULL;
	return Phead;

}

2.3 单链表打印

先写打印的函数，方便后续测试，将链表遍历一遍即可

// 单链表打印
void SListPrint(SListNode* plist)
{
	SListNode* tail = plist;
	while (tail)
	{
		printf("%d->", tail->data);
		tail = tail->next;

	}
	printf("NULL\n");
}

2.4 单链表尾插/尾删

2.4.1 单链表尾插

先判断链表是否为空，为空则直接为其创建一个节点即可，不为空则需要遍历到最后一个节点进行插入。

// 单链表尾插
void SListPushBack(SListNode** pplist, SLTDateType x)
{
	
	if (*pplist == NULL)
	{
		*pplist=BuySListNode(x);
	}
	else
	{
		SListNode* tail = *pplist;
		while (tail->next)
		{
			tail = tail->next;
		}
		tail->next = BuySListNode(x);
	}
}

 2.4.2 单链表尾删

尾删也就是尾插反着来即可，但是需要判断是否为空，为空则无法删除

// 单链表的尾删
void SListPopBack(SListNode** pplist)
{
	assert(*pplist);
	SListNode* tail = *pplist;
	while (tail->next->next)
	{
		tail = tail->next;
	}
	free(tail->next);
	tail->next = NULL;
}

2.5 单链表头插/头删

2.5.1 头插

// 单链表的头插
void SListPushFront(SListNode** pplist, SLTDateType x)
{
	if (*pplist == NULL)
	{
		*pplist = BuySListNode(x);
	}
	else
	{
		SListNode* cur = BuySListNode(x);
		cur->next = *pplist;
		*pplist = cur;
	}
}

2.5.2 头删

// 单链表头删
void SListPopFront(SListNode** pplist)
{
	assert(*pplist);
	SListNode* cur = *pplist;
	*pplist = cur->next;
	free(cur);
}

2.6 单链表查找

单链表查找主要是为了后面的中间插入删除，需要先找到要删的位置，遍历一遍链表就可以

// 单链表查找
SListNode* SListFind(SListNode* plist, SLTDateType x)
{
	assert(plist);
	SListNode* cur = plist;
	while (cur)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}
		cur = cur->next;
	}
	return NULL;

}

2.7 单链表中间插入/中间删除

由于单链表只能从前往后走，而想要从中间位置插入或者删除数据，则需要改变前一个结构体的指针，所以只能插入或者删除指定位置后面的数据。

2.7.1 中间插入

// 单链表在pos位置之后插入x
void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLTDateType x)
{
	assert(pos);
	SListNode* a=BuySListNode(x);
	SListNode* cur = pos->next;
	pos->next = a;
	a->next = cur;

}

2.7.2 中间删除

// 单链表删除pos位置之后的值
void SListEraseAfter(SListNode* pos)
{
	assert(pos);
	if (pos->next == NULL)
	{
		return;
	}
	SListNode* cur = pos->next;
	pos->next = cur->next;
	free(cur);
}

2.8 单链表销毁

遍历一遍，一个一个释放即可

// 单链表的销毁
void SListDestroy(SListNode** pplist)
{
	assert(*pplist);
	
	while (*pplist)
	{
		SListNode* cur = (*pplist)->next;
		free(*pplist);
		*pplist = cur;
	}
	*pplist = NULL;
}

三、双向带头循环链表

本次链表我们将其分成三个文件List.c，List.h，test.c，分别用来实现，声明，测试。

ps：链表的全部代码以及效果展示会在文章末尾贴出

3.1 结构体的创建

创建结构体，其中有三个成员，一个用来存放数据，另外两个指针，分别指向前一个空间和后一个空间

// 带头+双向+循环链表增删查改实现
typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
	LTDataType _data;
	struct ListNode* _next;
	struct ListNode* _prev;
}ListNode;

3.2 创造节点

创造节点我们仍用malloc函数

//创造节点
ListNode* BuyLTNode(LTDataType x)
{
	ListNode* cur = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	if (cur == NULL)
	{
		perror("malloc");
		exit(-1);
	}
	cur->_data = x;
	return cur;

}

3.3 创建返回链表的头结点(哨兵位)

当创建哨兵位时，我们一般将其中的数据赋为0，而且创建哨兵位的时候，链表只有哨兵位一个数据，所以其前后指针都指向自己以达到循环的目的。

// 创建返回链表的头结点.
ListNode* ListCreate()
{
	ListNode* head = BuyLTNode(0);

	head->_next = head;//循环列表创建头时头的首尾都指向自己
	head->_prev = head;
	return head;
}

3.4 双链表打印

从头的下一个节点开始遍历，当重新遍历到头部时，说明遍历完成。

// 双向链表打印
void ListPrint(ListNode* pHead)
{
	assert(pHead);
	ListNode* cur = pHead->_next;
	while (cur!=pHead)
	{
		printf("%d->", cur->_data);
		cur = cur->_next;
	}
	printf("head\n");
}

3.5 双链表的尾插/尾删

3.5.1 尾插

// 双向链表尾插
void ListPushBack(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
	assert(pHead);
	ListNode* newnode = BuyLTNode(x);
	newnode->_prev = pHead->_prev;//要尾插的节点的prev指向原来的尾节点
	newnode->_next = pHead;//要尾插的节点的next指向头
	pHead->_prev->_next = newnode;//原来的尾节点的next指向新尾
	pHead->_prev = newnode;//头的prev指向新尾

}

3.5.2 尾删

// 双向链表尾删
void ListPopBack(ListNode* pHead)
{
	assert(pHead);
	assert(pHead->_next!=pHead);
	ListNode* tail = pHead->_prev;//用一个指针保存尾巴
	tail->_prev->_next = pHead;//将倒数第二个节点的next指向头
	pHead->_prev = tail->_prev;//头节点的prev指向倒数第二节点
	free(tail);

}

3.6 双链表的头插/头删

3.6.1 头插

// 双向链表头插
void ListPushFront(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
	assert(pHead);
	ListNode* newnode = BuyLTNode(x);
	newnode->_next = pHead->_next;//新空间的next指向原来的第一个数据
	newnode->_prev = pHead;//新空间的prev指向头
	pHead->_next->_prev = newnode;//原来的的一个数据的prev指向newnode
	pHead->_next = newnode;//头的next指向newnode
}

3.6.2 头删

// 双向链表头删
void ListPopFront(ListNode* pHead)
{
	assert(pHead);
	assert(pHead->_next != pHead);//先判断链表中除了头有无其他数据
	ListNode* oldnode = pHead->_next;//将要删除的数据的位置保存起来，以防后面丢失
	pHead->_next = oldnode->_next;//头的next指向第二个数据
	oldnode->_next->_prev = pHead;//第二个数据的prev指向头
	free(oldnode);//释放数据空间即可
}

3.7 双链表的查找

主要是为后面的中间插入删除服务

// 双向链表查找
ListNode* ListFind(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
	assert(pHead);
	ListNode* cur = pHead->_next;
	while (cur != pHead)
	{
		if (cur->_data == x)
		{
			return cur;
		}
		cur = cur->_next;
	}
	return NULL;
}

3.8 双链表的中间插入/中间删除

3.8.1 中间插入

要插入指定位置，其实就是插入到指定位置的前面即可

// 双向链表在pos的前面进行插入
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);
	//调整pos newnode pos前面的数据这三个空间的prev和next即可
	ListNode* newnode = BuyLTNode(x);
	ListNode* prev = pos->_prev;
	prev->_next = newnode;
	newnode->_prev = prev;
	newnode->_next = pos;
	pos->_prev = newnode;
}

3.8.2 中间删除

// 双向链表删除pos位置的节点
void ListErase(ListNode* pos)
{
	assert(pos);
	ListNode* prev = pos->_prev;
	ListNode* next = pos->_next;
	free(pos);
	prev->_next = next;
	next->_prev = prev;

}

3.9 双链表的销毁

// 双向链表销毁
void ListDestory(ListNode* pHead)
{
	assert(pHead);
	ListNode* cur = pHead->_next;
	ListNode* next = cur->_next;
	while (cur != pHead)//先释放除头以外的所有节点，再释放头
	{
		free(cur);
		cur = next;
		next = next->_next;
	}
	free(cur);
}

四、链表和顺序表的区别

 顺序表：

优点：尾删尾插效率高，访问随机下标快

缺点：空间不够需扩容（扩容代价大）；头插头删及中间插入删除需要挪动数据，效率低

链表

优点：需要扩容时，按需申请小块空间；任意位置插入效率都高（O(1)）

缺点：不支持下标随机访问

五、代码及代码展示

5.1 单向链表

5.1.1 效果展示

 5.1.2 代码

SList.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "SList.h"
// 动态申请一个节点
SListNode* BuySListNode(SLTDateType x)
{
	SListNode* ptr = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode));
	if (ptr == NULL)
	{
		perror("malloc");
		exit(-1);
	}
	SListNode* Phead = ptr;
	Phead->data = x;
	Phead->next = NULL;
	return Phead;

}
// 单链表打印
void SListPrint(SListNode* plist)
{
	SListNode* tail = plist;
	while (tail)
	{
		printf("%d->", tail->data);
		tail = tail->next;

	}
	printf("NULL\n");
}
// 单链表尾插
void SListPushBack(SListNode** pplist, SLTDateType x)
{
	
	if (*pplist == NULL)
	{
		*pplist=BuySListNode(x);
	}
	else
	{
		SListNode* tail = *pplist;
		while (tail->next)
		{
			tail = tail->next;
		}
		tail->next = BuySListNode(x);
	}
}
// 单链表的尾删
void SListPopBack(SListNode** pplist)
{
	assert(*pplist);
	SListNode* tail = *pplist;
	while (tail->next->next)
	{
		tail = tail->next;
	}
	free(tail->next);
	tail->next = NULL;
}
// 单链表的头插
void SListPushFront(SListNode** pplist, SLTDateType x)
{
	if (*pplist == NULL)
	{
		*pplist = BuySListNode(x);
	}
	else
	{
		SListNode* cur = BuySListNode(x);
		cur->next = *pplist;
		*pplist = cur;
	}
}
// 单链表头删
void SListPopFront(SListNode** pplist)
{
	assert(*pplist);
	SListNode* cur = *pplist;
	*pplist = cur->next;
	free(cur);
}
// 单链表查找
SListNode* SListFind(SListNode* plist, SLTDateType x)
{
	assert(plist);
	SListNode* cur = plist;
	while (cur)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}
		cur = cur->next;
	}
	return NULL;

}
// 单链表在pos位置之后插入x
void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLTDateType x)
{
	assert(pos);
	SListNode* a=BuySListNode(x);
	SListNode* cur = pos->next;
	pos->next = a;
	a->next = cur;

}
// 单链表删除pos位置之后的值
void SListEraseAfter(SListNode* pos)
{
	assert(pos);
	if (pos->next == NULL)
	{
		return;
	}
	SListNode* cur = pos->next;
	pos->next = cur->next;
	free(cur);
}
// 单链表的销毁
void SListDestroy(SListNode** pplist)
{
	assert(*pplist);
	
	while (*pplist)
	{
		SListNode* cur = (*pplist)->next;
		free(*pplist);
		*pplist = cur;
	}
	*pplist = NULL;
}

SList.h

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
typedef int SLTDateType;

typedef struct SListNode
{
    SLTDateType data;
    struct SListNode* next;
}SListNode; 
// 动态申请一个节点
SListNode* BuySListNode(SLTDateType x);
// 单链表打印
void SListPrint(SListNode* plist);
// 单链表尾插
void SListPushBack(SListNode** pplist, SLTDateType x);
// 单链表的尾删
void SListPopBack(SListNode** pplist);
// 单链表的头插
void SListPushFront(SListNode** pplist, SLTDateType x);
// 单链表头删
void SListPopFront(SListNode** pplist);
// 单链表查找
SListNode* SListFind(SListNode* plist, SLTDateType x);
// 单链表在pos位置之后插入x
void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLTDateType x);
// 单链表删除pos位置之后的值
void SListEraseAfter(SListNode* pos);
// 单链表的销毁
void SListDestroy(SListNode** pplist);

test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "SList.h"

void menu()
{
	printf("*******************************\n");
	printf("****1.尾部插入  2.尾部删除 ****\n");
	printf("****3.头部插入  4.头部删除 ****\n");
	printf("****5.中间插入  6.中间删除 ****\n");
	printf("****7.打印      0.退出     ****\n");
	printf("*******************************\n");

}



int main()
{
	menu();
	SListNode* Phead = NULL;
	int input;
	do
	{
		printf("请选择:");
		scanf("%d", &input);
		switch (input)
		{
		case 1:
			printf("请输入要写入的数字：");
			SLTDateType i;
			scanf("%d", &i);
			SListPushBack(&Phead,i);
			break;
		case 2:
			SListPopBack(&Phead);
			break;
		case 3:
			printf("请输入要写入的数字：");
			SLTDateType a;
			scanf("%d", &a);
			SListPushFront(&Phead, a);
			break;
		case 4:
			SListPopFront(&Phead);
			break;
		case 5:
			printf("会将数据插入进输入数字之后的位置\n");
			printf("请输入要插入位置的数字及要插入的数字：");
			SLTDateType b, j;
			scanf("%d %d", &b, &j);
			SListNode* ret1 = SListFind(Phead, b);
			if (ret1 != NULL)
			{
				SListInsertAfter(ret1, j);
			}
			else
			{
				printf("该数字不存在");
			}
			break;
		case 6:
			printf("请输入要删除的数字之前的数字:");
			SLTDateType c;
			scanf("%d", &c);
			SListNode* ret2 = SListFind(Phead, c);
			if (ret2 != NULL)
			{
				SListEraseAfter(ret2);
			}
			else
			{
				printf("未找到该数字");
			}
			break;
		case 7:
			SListPrint(Phead);
			break;
		case 0:
			printf("退出");
			SListDestroy(&Phead);
			break;
		default:
			printf("输入错误，请重新输入");
			break;
		}

	} while (input);

	return 0;
}

5.2 双向带头循环链表

5.2.1 效果展示

 5.2.2 代码

List.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "List.h"
// 创建返回链表的头结点.
ListNode* ListCreate()
{
	ListNode* head = BuyLTNode(0);

	head->_next = head;//循环列表创建头时头的首尾都指向自己
	head->_prev = head;
	return head;
}
//创造节点
ListNode* BuyLTNode(LTDataType x)
{
	ListNode* cur = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	if (cur == NULL)
	{
		perror("malloc");
		exit(-1);
	}
	cur->_data = x;
	return cur;

}
// 双向链表打印
void ListPrint(ListNode* pHead)
{
	assert(pHead);
	ListNode* cur = pHead->_next;
	while (cur!=pHead)
	{
		printf("%d->", cur->_data);
		cur = cur->_next;
	}
	printf("head\n");
}
// 双向链表尾插
void ListPushBack(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
	assert(pHead);
	ListNode* newnode = BuyLTNode(x);
	newnode->_prev = pHead->_prev;//要尾插的节点的prev指向原来的尾节点
	newnode->_next = pHead;//要尾插的节点的next指向头
	pHead->_prev->_next = newnode;//原来的尾节点的next指向新尾
	pHead->_prev = newnode;//头的prev指向新尾

}
// 双向链表尾删
void ListPopBack(ListNode* pHead)
{
	assert(pHead);
	assert(pHead->_next!=pHead);
	ListNode* tail = pHead->_prev;//用一个指针保存尾巴
	tail->_prev->_next = pHead;//将倒数第二个节点的next指向头
	pHead->_prev = tail->_prev;//头节点的prev指向倒数第二节点
	free(tail);

}
// 双向链表头插
void ListPushFront(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
	assert(pHead);
	ListNode* newnode = BuyLTNode(x);
	newnode->_next = pHead->_next;//新空间的next指向原来的第一个数据
	newnode->_prev = pHead;//新空间的prev指向头
	pHead->_next->_prev = newnode;//原来的的一个数据的prev指向newnode
	pHead->_next = newnode;//头的next指向newnode
}
// 双向链表头删
void ListPopFront(ListNode* pHead)
{
	assert(pHead);
	assert(pHead->_next != pHead);//先判断链表中除了头有无其他数据
	ListNode* oldnode = pHead->_next;//将要删除的数据的位置保存起来，以防后面丢失
	pHead->_next = oldnode->_next;//头的next指向第二个数据
	oldnode->_next->_prev = pHead;//第二个数据的prev指向头
	free(oldnode);//释放数据空间即可
}
// 双向链表查找
ListNode* ListFind(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
	assert(pHead);
	ListNode* cur = pHead->_next;
	while (cur != pHead)
	{
		if (cur->_data == x)
		{
			return cur;
		}
		cur = cur->_next;
	}
	return NULL;
}
// 双向链表在pos的前面进行插入
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);
	//调整pos newnode pos前面的数据这三个空间的prev和next即可
	ListNode* newnode = BuyLTNode(x);
	ListNode* prev = pos->_prev;
	prev->_next = newnode;
	newnode->_prev = prev;
	newnode->_next = pos;
	pos->_prev = newnode;
}
// 双向链表删除pos位置的节点
void ListErase(ListNode* pos)
{
	assert(pos);
	ListNode* prev = pos->_prev;
	ListNode* next = pos->_next;
	free(pos);
	prev->_next = next;
	next->_prev = prev;

}
// 双向链表销毁
void ListDestory(ListNode* pHead)
{
	assert(pHead);
	ListNode* cur = pHead->_next;
	ListNode* next = cur->_next;
	while (cur != pHead)//先释放除头以外的所有节点，再释放头
	{
		free(cur);
		cur = next;
		next = next->_next;
	}
	free(cur);
}

List.h

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>
// 带头+双向+循环链表增删查改实现
typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
	LTDataType _data;
	struct ListNode* _next;
	struct ListNode* _prev;
}ListNode;
//创造节点
ListNode* BuyLTNode(LTDataType x);
// 创建返回链表的头结点.
ListNode* ListCreate();
// 双向链表销毁
void ListDestory(ListNode* pHead);
// 双向链表打印
void ListPrint(ListNode* pHead);
// 双向链表尾插
void ListPushBack(ListNode* pHead, LTDataType x);
// 双向链表尾删
void ListPopBack(ListNode* pHead);
// 双向链表头插
void ListPushFront(ListNode* pHead, LTDataType x);
// 双向链表头删
void ListPopFront(ListNode* pHead);
// 双向链表查找
ListNode* ListFind(ListNode* pHead, LTDataType x);
// 双向链表在pos的前面进行插入
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x);
// 双向链表删除pos位置的节点
void ListErase(ListNode* pos);

test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "List.h"
void menu()
{
	printf("*******************************\n");
	printf("****1.尾部插入  2.尾部删除 ****\n");
	printf("****3.头部插入  4.头部删除 ****\n");
	printf("****5.中间插入  6.中间删除 ****\n");
	printf("****7.打印      0.退出     ****\n");
	printf("*******************************\n");

}

int main()
{
	menu();
	ListNode* head = ListCreate();
	int input;
	do
	{
		printf("请选择:");
		scanf("%d", &input);
		switch (input)
		{
		case 1:
			printf("请输入要写入的数字：");
			LTDataType i;
			scanf("%d", &i);
			ListPushBack(head, i);
			break;
		case 2:
			ListPopBack(head);
			break;
		case 3:
			printf("请输入要写入的数字：");
			LTDataType a;
			scanf("%d", &a);
			ListPushFront(head, a);
			break;
		case 4:
			ListPopFront(head);
			break;
		case 5:
			printf("会将数据插入进输入数字之前的位置\n");
			printf("请输入要插入位置的数字及要插入的数字：");
			LTDataType b,j;
			scanf("%d %d", &b,&j);
			ListNode* ret1 = ListFind(head, b);
			if (ret1 != NULL)
			{
				ListInsert(ret1, j);
			}
			else
			{
				printf("该数字不存在");
			}
			break;
		case 6:
			printf("请输入要删除的数字:");
			LTDataType c;
			scanf("%d", &c);
			ListNode* ret2 = ListFind(head, c);
			if (ret2 != NULL)
			{
				ListErase(ret2);
			}
			else
			{
				printf("未找到该数字");
			}
			break;
		case 7:
			ListPrint(head);
			break;
		case 0:
			printf("退出");
			ListDestory(head);
			break;
		default:
			printf("输入错误，请重新输入");
			break;
		}

	} while (input);

	return 0;
}

总结

以上就是今天文章的内容，希望铁子们可以有所收货。