👉系列专栏:【C语言–大佬之路】
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🎈今日心语:你所看到的惊艳,都曾被平庸所历练。
前言:
继【数据结构基础】顺序表 ,我们来介绍链表的相关内容。
由于数组的这些缺点,自然而然的就产生链表的思想了。
链表通过不连续的储存方式,自适应内存大小,以及指针的灵活使用,巧妙的简化了上述的内容。
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 。
数据域:存放数据本身的信息。
指针域:存放指向下个结点的地址(指向直接后继的指针)。
结点:数据元素的存储映像。由数据域和指针域两部分组成。
n个结点通过指针域相互链接,组成一个链表。
如图:
①头指针:永远指向链表中第一个结点的位置(如果链表有头结点,头指针指向头结点;否则,头指针指向首元结点)。
②头结点:一个不存任何数据的空结点,通常作为链表的第一个结点,它的数据域一般不存放数据。(头结点不是必须的。)
③首元结点:链表中第一个元素所在的结点,它是头结点后边的第一个结点。
实际中,是没有上面的箭头的
如图,n1,n2,n3,n4是指针变量,接收了开辟的结点,现在要将结点链接起来,就要把n2给了n1的next,依次类推。
注意:
1、链式结构在逻辑上是连续的,但在物理上不一定连续
2、现实中的结点一般都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连续,也可能不连续。
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:
虽然有这么多的链表的结构,但是我们实际中最常用还是两种结构:
由于上面创建结点,n1,n2,n3,n4需要一个一个创建,比较复杂,故我们封装一个函数,使得可以创建n个结点:
phead和ptail存了第一个结点的地址,
phead为了方便返回,ptail为了方便链接
ptail->next指向下一个结点,存放该结点的地址,
然后ptail指向新的结点
最后,phead指向头结点,ptail指向尾结点
当CreateSList函数调用结束后,该函数的栈帧销毁,局部变量phead,ptail随之销毁
这样就找不到链表了,但是phead在销毁前,返回了,将指向的内容拷贝给了plist,这样plist就指向了链表的首结点,就可以找到链表了。
plist传参给新的phead,为了方便区分定义了一个指针变量cur,同样的SLPrint函数调用结束后,函数栈帧销毁,phead和cur随之一起销毁。
由此我们可以得出结论:
使用链表的时候一直保持一个指针指向头节点,链表的关键使头结点,顺序表的关键是结构。
经过上面简单的单链表链接,想必你已经对单链表有了些许认识,下面让我们来实现单链表吧!!
typedef int SLTDataType;//重定义数据类型,方便切换数据类型
typedef struct SListNode//定义单链表结构 32位环境下共8个字节,
{
SLTDataType data;//定义数据
struct SListNode* next;//指向下一个结构的指针,指向同类
//SLTNode* next;
}SLTNode;//重定义 缩写,在本行之后起效,在结构体中不能使用
注意:这里重定义的结构名,只能在定义之后使用,不能在结构体中使用。
tail->next是结构体指针指向结构体成员next,而next存放的是下一个结点的地址,next指向下一个结点。
//尾插
void SLTPushBack(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{
SLTNode* newnode = BuySLTNode(x);
SLTNode* tail = phead;
//找尾
while (tail->next)
{
tail = tail->next;//不是结尾,tail向后移动。
}
tail->next = newnode;//是结尾,tail->next链接新结点
}
测试:
void TestSList2()
{
SLTNode* plist = CreateSList(5);
SLTPushBack(plist, 100);
SLTPushBack(plist, 200);
SLTPushBack(plist, 300);
SLTPrint(plist);
}
void TestSList3()
{
SLTNode* plist = NULL;
SLTPushBack(plist, 100);
SLTPushBack(plist, 200);
SLTPushBack(plist, 300);
SLTPrint(plist);
}
int main()
{
TestSList2();
//TestSList3();
return 0;
}
调用TestSList2时:
调用TestSList3时:
此时,我们插入的数据并没有插进去,所以要考虑到链表为空的情况。
//尾插
void SLTPushBack(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{
SLTNode* newnode = BuySLTNode(x);
if (phead == NULL)
{
phead = newnode;
}
else
{
SLTNode* tail = phead;
//找尾
while (tail->next)
{
tail = tail->next;//不是结尾,tail向后移动。
}
tail->next = newnode;//是结尾,tail->next链接新结点
}
}
如图,还是没插入进来
这里就要注意,phead是plist的拷贝,phead的改变不会影响plist,phead出作用域销毁,plist此时还是NULL。
这就涉及到实参传给形参,形参是实参的临时拷贝,形参的改变不会影响实参
举一个经典的例子:
如图:
1、改变int,传递int给形参,解引用形参进行交换改变。
2、改变int,传递int**给形参,解引用形参进行交换改变。
所以需要进行修改,这里的pphead是为了方便区分,也可以直接使用phead。
左图代码phead的改变是无法影响plist的值的,所以我们用到二级指针做如下改变(函数栈帧):
注意:想要改变结构体,只需要使用结构体的指针tail->next,无需使用二级指针。
//尾插
void SLTPushBack(SLTNode** phead, SLTDataType x)
{
SLTNode* newnode = BuySLTNode(x);
if (*phead == NULL)
{
*phead = newnode;
}
else
{
SLTNode* tail = *phead;
//找尾
while (tail->next)
{
tail = tail->next;//不是结尾,tail向后移动。
}
tail->next = newnode;//是结尾,tail->next链接新结点
}
}
当我们将tail释放时,d2->next还指向tail,这就形成了野指针。
tail是局部变量,不需要置空。
方法一:
如图,在tail往下走之前,我们可以将tail赋值给一个新的变量prev,从而找到最后一个结点之前的结点,释放tail之后,再使用结构体指针将前一个结点的指针域置为空。
void SLTPopBack(SLTNode* phead)
{
SLTNode* tail = phead;
SLTNode* prev = NULL;
while (tail->next)
{
prev = tail;
tail = tail->next;
}
free(tail);
prev->next = NULL;
}
方法二:
如图,当tail指向d1时,tail->next->next就是d2->next不为空,tail指d2,此时tail->next->next为空,tail->next为d2->next,将其释放并置为空。
void SLTPopBack(SLTNode* phead)
{
SLTNode* tail = phead;
while (tail->next->next)
{
tail = tail->next;
}
free(tail->next);
tail->next = NULL;
}
但是上面代码并不完善,当我们进行多次删除打印,错误就会暴露出来,如下图,我们进行了四次打印,但却只输出了3次。
如图,当删除tail后面的两个结点后,tail->next为空,这时就再去使用tail->next就是错误的。
void SLTPopBack(SLTNode* phead)
{
if (phead->next == NULL)
{
free(phead);
phead = NULL;
}
else
{
SLTNode* tail = phead;
while (tail->next->next)
{
tail = tail->next;
}
free(tail->next);
tail->next = NULL;
}
}
分析原因,我们发现phead的改变不会影响plist,而我们这里释放了phead并且将phead置为了空,所以尾删也得用二级指针。
注意:链表为空不能删除,所以我们需要assert断言
void SLTPopBack(SLTNode** phead)
{
assert(*phead);//链表为空,不可删除,为空直接报错,终止
if ((*phead)->next == NULL)
{
free(*phead);
*phead = NULL;
}
else
{
SLTNode* tail = *phead;
while (tail->next->next)
{
tail = tail->next;
}
free(tail->next);
tail->next = NULL;
}
}
如图,我们看出头插相对比较简单,我们只需要将newnode->next指向原来的开始结点,再将phead指针指向新的开始,也不必考虑空的情况:
//头插
void SLTPushFront(SLTNode** phead, SLTDataType x)
{
SLTNode* newnode = BuySLTNode(x);
newnode->next = *phead;
*phead = newnode;
}
当链表为空时,不能进行头删,所以这里同样需要断言。
头删不能直接删,直接删会导致找不到链表
先创建一个变量next间接指向下一个结点,再释放前一个结点,最后再将phead指向next,保证第一个节点的指针。
//头删
void SLTPopFront(SLTNode** phead)
{
assert(*phead);
SLTNode* next = (*phead)->next;
free(*phead);
*phead = next;
}
链表的优势在于头删,又快又简洁。
在查找时,最好用一个变量来接收phead,保证phead在过程中一直指向链表的开始。
//查找数据指定位置pos
SLTNode* SListFind(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{
SLTNode* cur = phead;
while (cur->next != NULL)
{
if (cur->data == x)
{
return cur;
}
cur=cur->next;
}
}
问题:
1、当链表为空时,进行查找,此时phead为空,cur也为空,那么cur->next,解引用失败,程序就会崩。
2、这样会漏掉最后一个结点,如下图,当cur->next为空时,循环结束,最后一个结点的data没有查找到。
所以最好不要写这样的代码。
//查找数据指定位置pos
SLTNode* SListFind(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{
SLTNode* cur = phead;
while (cur)
{
if (cur->data == x)
{
return cur;
}
cur = cur->next;
}
}
和顺序表的最大区别:给的位置不再是下标,而是结点的指针
如图,将pos->next先指向了新节点newnode,此时无法找到4的位置,所以newnode->next又指向了自己,形成了带环链表。此时程序是死循环:
此时,我们可以先保存4的位置,再进行链接,或者直接将上面的两步跌倒。
这里只写第二种:
注意这里需要检查pos是否为空
如图,先将newnode和4链接,再进行前面的链接就不会出现上面的错误,代码如下:
//在pos位置之后插入x
void SListInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
assert(pos);
SLTNode* newnode = BuySLTNode(x);
newnode->next = pos->next;
pos->next = newnode;
}
这里改变的是结构体成员,有结构体的指针足以,不需要二级指针。
如图,分析可知有下面两种情况:
//在pos位置之前插入x
void SListInsert(SLTNode** phead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
assert(pos);
if (*phead == pos)//头插
{
SLTPushFront(phead, x);//复用
}
else
{
SLTNode* prev = *phead;
while (prev->next != pos)
{
prev = prev->next;
}
SLTNode* newnode = BuySLTNode(x);
prev->next = newnode;
newnode->next = pos;
}
}
可能遇到两种情况:
1、pos指向最后一个结点,pos之后的值为空,适合用温柔的检查(如下if语句)
2、pos在中间,直接链接3和5会找不到4,从而无法释放造成内存泄漏。所以需要将4的位置给一个新的变量nextNode以便释放。
经过分析,
//删除pos位置之后的值
void SListEraseAfter(SLTNode* pos)
{
assert(pos);
if (pos->next == NULL)
{
return;
}
else
{
/*free(pos->next);
pos->next = pos->next->next;*///错误,释放了后一个结点,这个空间被置为随机值,找不到后面的结点
SLTNode* nextNode = pos->next;
pos->next = nextNode->next;
free(nextNode);
}
}
//删除pos位置
void SListErase(SLTNode** phead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
assert(pos);
if (pos == *phead)
{
SLTPopFront(phead);
}
else
{
SLTNode* prev = *phead;
while (prev->next != pos)
{
prev = prev->next;
}
prev->next = pos->next;
free(pos);
}
}
//单链表的释放
void SLTDestory(SLTNode** phead)
{
SLTNode* cur = *phead;
while (cur)
{
SLTNode* next = cur->next;
free(cur);
cur = next;
}
*phead = NULL;//plist置空,防止释放后再调用
}
1、SList.h文件
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#pragma once
#include
#include
#include
//相当于下面的重定义
//struct SListNode
//{
// STLDataType data;
// struct SListNode* next;
//};
//typedef struct SListNode SLTNode;
//void SLTPushBack(SLTDataType x)
//{
// SLTNode node;//这样定义的结点出作用域销毁
//}
typedef int SLTDataType;//重定义数据类型,方便切换数据类型
typedef struct SListNode//定义单链表结构 32位环境下共8个字节,
{
SLTDataType data;//定义数据
struct SListNode* next;//指向下一个结构的指针,指向同类
//SLTNode* next;
}SLTNode;//重定义 缩写,在本行之后起效,在结构体中不能使用
SLTNode* BuySLTNode(SLTDataType x);
SLTNode* CreateSList(int n);
void SLTPrint(SLTNode* phead);
//尾插尾删
void SLTPushBack(SLTNode** phead, SLTDataType x);
void SLTPopBack(SLTNode** phead);
//头插头删
void SLTPushFront(SLTNode** phead, SLTDataType x);
void SLTPopFront(SLTNode** phead);
//查找数据指定位置pos
SLTNode* SListFind(SLTNode* phead, SLTDataType x);
//在pos位置之后插入x
void SListInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x);
//删除pos位置之后的值
void SListEraseAfter(SLTNode* pos);
//在pos位置之前插入x
void SListInsert(SLTNode** phead,SLTNode* pos, SLTDataType x);
//删除pos位置
void SListErase(SLTNode** phead, SLTNode* pos);
//单链表的释放
void SLTDestory(SLTNode** phead);
2、SList.c文件
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"SList.h"
//直接用malloc需要自行赋值,检查空,很烦,所以封装一个函数
SLTNode* BuySLTNode(SLTDataType x)
{
SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
if (newnode == NULL)
{
perror("malloc fail");
exit(-1);//未开辟成功,结束程序
}
newnode->data = x;
newnode->next = NULL;//最后一个结点默认为空
return newnode;
}
SLTNode* CreateSList(int n)
{
SLTNode* phead = NULL, * ptail = NULL;
/*int x = 0;*/
for (int i = 0; i < n; ++i)
{
/*scanf("%d", &x);
SLTNode* newnode = BuySLTNode(x);*/
SLTNode* newnode = BuySLTNode(i);
if (phead == NULL)
{
ptail = phead = newnode;
}
else
{
ptail->next = newnode;
ptail = newnode;
}
}
return phead;
}
//打印函数封装
void SLTPrint(SLTNode* phead)
{
SLTNode* cur = phead;
while (cur != NULL)
{
printf("[%d|%p]->", cur->data,cur->next);
cur = cur->next;
}
printf("NULL\n");
}
//尾插
void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
SLTNode* newnode = BuySLTNode(x);
if (*pphead == NULL)
{
*pphead = newnode;
}
else
{
SLTNode* tail = *pphead;
//找尾
while (tail->next)
{
tail = tail->next;//不是结尾,tail向后移动。
}
tail->next = newnode;//是结尾,tail->next链接新结点
}
}
//尾删
//void SLTPopBack(SLTNode* phead)
//{
// SLTNode* tail = phead;
// SLTNode* prev = NULL;
// while (tail->next)
// {
// prev = tail;
// tail = tail->next;
// }
// free(tail);
// prev->next = NULL;
//}
//尾删
void SLTPopBack(SLTNode** phead)
{
assert(*phead);
if ((*phead)->next == NULL)
{
free(*phead);
*phead = NULL;
}
else
{
SLTNode* tail = *phead;
while (tail->next->next)
{
tail = tail->next;
}
free(tail->next);
tail->next = NULL;
}
}
//头插
void SLTPushFront(SLTNode** phead, SLTDataType x)
{
SLTNode* newnode = BuySLTNode(x);
newnode->next = *phead;
*phead = newnode;
}
//头删
void SLTPopFront(SLTNode** phead)
{
assert(*phead);
SLTNode* next = (*phead)->next;
free(*phead);
*phead = next;
}
//查找数据指定位置pos
SLTNode* SListFind(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{
SLTNode* cur = phead;
while (cur)
{
if (cur->data == x)
{
return cur;
}
cur = cur->next;
}
}
//在pos位置之后插入x
void SListInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
assert(pos);
SLTNode* newnode = BuySLTNode(x);
newnode->next = pos->next;
pos->next = newnode;
}
//在pos位置之前插入x
void SListInsert(SLTNode** phead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
assert(pos);
if (*phead == pos)
{
SLTPushFront(phead, x);
}
else
{
SLTNode* prev = *phead;
while (prev->next != pos)
{
prev = prev->next;
}
SLTNode* newnode = BuySLTNode(x);
prev->next = newnode;
newnode->next = pos;
}
}
//删除pos位置之后的值
void SListEraseAfter(SLTNode* pos)
{
assert(pos);
if (pos->next == NULL)
{
return;
}
else
{
/*free(pos->next);
pos->next = pos->next->next;*///错误,释放了后一个,这个空间被置为随机值,找不到后面的结点
SLTNode* nextNode = pos->next;
pos->next = nextNode->next;
free(nextNode);
}
}
//删除pos位置
void SListErase(SLTNode** phead, SLTNode* pos)
{
assert(pos);
if (pos == *phead)
{
SLTPopFront(phead);
}
else
{
SLTNode* prev = *phead;
while (prev->next != pos)
{
prev = prev->next;
}
prev->next = pos->next;
free(pos);
}
}
//单链表的释放
void SLTDestory(SLTNode** phead)
{
SLTNode* cur = *phead;
while (cur)
{
SLTNode* next = cur->next;
free(cur);
cur = next;
}
*phead = NULL;//plist置空,防止释放后再调用
}
3、test.c测试文件
#include"SList.h"
void TestSList1()
{
//SLTNode* n1 = malloc();//直接用malloc需要自行赋值,检查空,很烦,所以封装一个函数
SLTNode* n1 = BuySLTNode(1);
SLTNode* n2 = BuySLTNode(2);
SLTNode* n3 = BuySLTNode(3);
SLTNode* n4 = BuySLTNode(4);
n1->next = n2;
n2->next = n3;
n3->next = n4;
n4->next = NULL;
//SLTNode n1;//为什么不直接定义结构体变量
//SLTNode n2;
//n1.next = &n2;//这样也可以链接,但是不可行
//SLTNode* plist = CreateSList(5);
//SLTPrint(plist);
}
//初始测试代码
void TestSList2()
{
SLTNode* plist = CreateSList(5);
SLTPushBack(&plist, 100);
SLTPushBack(&plist, 200);
SLTPushBack(&plist, 300);
SLTPrint(plist);
}
void TestSList3()
{
SLTNode* plist = NULL;
SLTPushBack(&plist, 100);
SLTPushBack(&plist, 200);
SLTPushBack(&plist, 300);
SLTPrint(plist);
SLTPopBack(&plist);
SLTPrint(plist);
SLTPopBack(&plist);
SLTPrint(plist);
SLTPopBack(&plist);
SLTPrint(plist);
SLTPopBack(&plist);
SLTPrint(plist);
}
void TestSList4()
{
SLTNode* plist = NULL;
SLTPushFront(&plist, 100);
SLTPushFront(&plist, 200);
SLTPushFront(&plist, 300);
SLTPushFront(&plist, 400);
SLTPrint(plist);
SLTPopFront(&plist);
SLTPrint(plist);
SLTPopFront(&plist);
SLTPrint(plist);
SLTPopFront(&plist);
SLTPrint(plist);
SLTPopFront(&plist);
SLTPrint(plist);
}
void TestSList5()
{
SLTNode* plist = NULL;
SLTPushBack(&plist, 1);
SLTPushBack(&plist, 2);
SLTPushBack(&plist, 3);
SLTPushBack(&plist, 4);
SLTPushBack(&plist, 5);
SLTPrint(plist);
SLTNode* pos = SListFind(plist, 3);
SListInsertAfter(pos, 30);
pos = SListFind(plist, 2);
SListInsert(&plist, pos, 200);
SLTPrint(plist);
// if (pos)
// {
// SListInsertAfter(pos, 30);//找到之后在后面插入30
// printf("找到了\n");
//
// }
// else
// {
// printf("找不到\n");
// }
// SLTPrint(plist);
}
void TestSList6()
{
SLTNode* plist = NULL;
SLTPushBack(&plist, 1);
SLTPushBack(&plist, 2);
SLTPushBack(&plist, 3);
SLTPushBack(&plist, 4);
SLTPushBack(&plist, 5);
SLTPrint(plist);
SLTNode* pos = SListFind(plist, 3);
SListEraseAfter(pos);
SLTPrint(plist);
pos = SListFind(plist, 3);
SListErase(&plist,pos);
pos = NULL;
SLTPrint(plist);
SLTDestory(&plist);
SLTPrint(plist);
}
int main()
{
//TestSList1();
//TestSList2();
//TestSList3();
//TestSList4();
//TestSList5();
TestSList6();
return 0;
}
二级指针经典例子
//void Swap1(int* p1, int* p2)
//{
// int tmp = *p1;
// *p1 = *p2;
// *p2 = tmp;
//}
//void Swap2(int** pp1, int** pp2)
//{
// int tmp = *pp1;
// *pp1 = *pp2;
// *pp2 = tmp;
//}
//
//int main()
//{
// int a = 0, b = 1;
// swap1(&a, &b);
//
// int* ptr1 = &a, * ptr2 = &b;
// swap2(&ptr1, &ptr2);
//
// return 0;
//
//}
注意:
如果不用二级指针,我们可以用返回值,但是每次返回得接收,c++中可以用引用
不需要修改头指针就用一级,需要修改就用二级,必须将实参的地址传给形参
这里本章内容就介绍完了,文章中某些内容我们之前有介绍,所以只是一笔带过,还请谅解。希望以上内容对大家有所帮助👀,如有不足望指出🙏
前路漫漫!努力变强💪💪 吧!!