【数据结构】单链表

单链表

链表的概念及结构

概念：链表是一种物理存储结构上连续、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。

注意：

1. 从上图可以看出，链式结构在逻辑上连续的，但是在物理上不一定连续
2. 现实中的节点一般是从堆上申请出来的
3. 从堆上申请的空间，是按照一定的策略来分配的，两次申请的空间可能是连续的也可能是不连续

链表的分类

实际中链表的结构非常多样，一下情况组合起来就有8中情况：

1. 单向或者双向

2. 带头或者不带头

3. 循环或者非循环

虽然有这么多的链表的结构，但是我们实际中最常用的还是两种结构：

1. 无头单向非循环链表：结构简单，一般不会用来单独存放数据。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。另外这种结构在笔试面试中出现很多
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。另外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带来很多优势，实现反而简单了。

链表的实现

动态申请一个节点

SListNode* BuySListNode(SLTDataType x)
{
	SListNode* newnode = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	return newnode;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

创建链表

SListNode* CreateSListNode(int n)
{
	SListNode* phead = NULL, * ptail = NULL;
	for (int i = 0; i < n; i++)
	{
		SListNode* newnode = BuySListNode(i);
		if (phead == NULL)
		{
			ptail = phead = newnode;
		}
		else
		{
			ptail->next = newnode;
			ptail = newnode;
		}
	}
	return phead;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

单链表打印

void SListPrint(SListNode* phead)
{
	SListNode* cur = phead;
	while (cur != NULL)
	{
		printf("%d->", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("NULL\n");
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

单链表尾插

//尾插要想改变原来的，就要传地址
void SListPushBack(SListNode** pplist, SLTDataType x)
{
	SListNode* newnode = BuySListNode(x);
	if (*pplist == NULL)
	{
		*pplist = newnode;
	}
	else
	{
		SListNode* cur = *pplist;
		while (cur->next != NULL)
		{
			cur = cur->next;
		}
		cur->next = newnode;
	}
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

单链表尾删

void SListPopBack(SListNode** pplist)
{
	assert(*pplist);
	if ((*pplist)->next == NULL)
	{
		free(*pplist);
		*pplist = NULL;
	}
	else
	{
		SListNode* ptail = *pplist;
		while (ptail->next->next != NULL)
		{
			ptail = ptail->next;
		}
		free(ptail->next);
		ptail->next = NULL;
	}
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

单链表头插

void SListPushFront(SListNode** pplist, SLTDataType x)
{
	SListNode* newnode = BuySListNode(x);
	newnode->next = *pplist;
	*pplist = newnode;
}
1
2
3
4
5
6

单链表头删

void SListPopFront(SListNode** pplist)
{
	assert(*pplist);
	SListNode* next = (*pplist)->next;
	free(*pplist);
	*pplist = next;
}
1
2
3
4
5
6
7

注意：在C语言的单链表，关于改变链表的数字的函数传递方式，传的都是地址。如果不传地址的话就不能改变链表的数值。

就如这个例子一样：

void swap(int* a, int* b)
{
	int x = *a;
	*a = *b;
	*b = x;
}
void swap1(int a, int b)
{
	int x = a;
	a = b;
	b = x;
}
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	swap1(a, b);
	printf("a=%d b=%d\n", a, b);
	swap(&a, &b);
	printf("a=%d b=%d\n", a, b);
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

运行结果：

对于第二种方法，传递的是地址，这里直接把地址里面的数字改了

单链表的查找

SListNode* SListFind(SListNode* plist, SLTDataType x)
{
	SListNode* cur = plist;
	while (cur != NULL)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			printf("找到了\n");
		}
		cur = cur->next;
	}
	printf("找不到\n");
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

单链表在pos位置之后插入x

void SListInsertAfter(SListNode** pplist, SListNode* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pos);
	if (*pplist == pos)
	{
		SlistPushFront(pplist, x);
	}
	else
	{
		SListNode* prve = *pplist;
		while (prve->next != pos)
		{
			prve = prve->next;
		}
		SListNode* newnode = BuySListNode(x);
		prve->next = newnode;
		newnode->next = pos;
	}
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

单链表删除pos位置之后的值

void SListEraseAfter(SListNode* pos)
{
	assert(pos);
	if (pos->next == NULL)
	{
		return;
	}
	else
	{
		SListNode* newNode = pos->next;
		pos->next = newNode->next;
		free(newNode);
	}
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

双向循环链表

初始化

typedef struct ListNode {
	struct ListNode* prve;
	struct ListNode* next;
	LTDataType data;
}LTNode;


LTNode* LTInit() {
	LTNode* phead = BuyListNode(-1);
	phead->next = phead;
	phead->prve = phead;
	return phead;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

申请一个新的节点

LTNOde* BuyListNode(LTDatatype x) {
	LTNode* node = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));
	if (node == NULL) {
		perror("malloc fail");
		exit(-1);
	}
	node->data = x;
	node->next = NULL;
	node->prve = NULL;
	return node;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

双向链表的尾插

这个最主要的一部分，就是找到双向链表的尾部。

void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x) {
	assert(phead);
	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	LTNode* tail = phead->prve;//tail 现在就是尾指针
	tail->next = newnode;
	newnode->prve = tail;
	newnode->next = phead;
	phead->prve = newnode; 
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9

双向链表的尾删

void LTPopBack(LTNode* phead) {
	assert(phead);
	assert(phead->next = phead);
	LTNode* tail = phead->prve;
	LTNode* tailPrve = tail->prve;
	free(tail);
	tailPrve->next = phead;
	phead->prve = tailPrve;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9

思路：找到最后一个节点，然后再通过最后一个节点，找到最后一个的前一个节点。连接起来就可以了。

双向链表的头插

void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x) {
	LTNode* newnode = BuyListNode(x);
	assert(phead);
	newnode->next = phead->next;
	phead->next->prve = newnode;
	phead->next = newnode;
	newnode->prve = phead;
}
1
2
3
4
5
6
7
8

双向链表的头删

思路：先找到第一个然后再找到第二个节点，接着释放掉第一个节点。

void LTPopFront(LTNode* phead) {
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);
	LTNode* first = phead->next;
	LTNode* second = first->next;
	free(first);
	phead->next = second;
	second->prve = phead;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9

顺序表和链表的区别

不同点	顺序表	链表
存储空间上	物理上一定连续	逻辑上连续，但物理上不一定连续
随机访问	支持O(1)	不支持O(N)
任意位置插入或者删除元素	可能需要搬移元素，效率低	只需要修改指针指向
插入	动态顺序表，空间不够的时候，需要扩容	没有容量的概念
应用场景	元素高效存储+频繁访问	任意位置插入和删除频繁
缓存利用率	高	低