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数据结构基础详解(C语言):单链表_定义_初始化_插入_删除_查找_建立操作_纯c语言代码注释讲解

2024-09-09 2129
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本文内容由阿里云实名注册用户自发贡献，版权归原作者所有，阿里云开发者社区不拥有其著作权，亦不承担相应法律责任。具体规则请查看《 阿里云开发者社区用户服务协议》和 《阿里云开发者社区知识产权保护指引》。如果您发现本社区中有涉嫌抄袭的内容，填写 侵权投诉表单进行举报，一经查实，本社区将立刻删除涉嫌侵权内容。
简介： 本文详细介绍了单链表的理论知识，涵盖单链表的定义、优点与缺点，并通过示例代码讲解了单链表的初始化、插入、删除、查找等核心操作。文中还具体分析了按位序插入、指定节点前后插入、按位序删除及按值查找等算法实现，并提供了尾插法和头插法建立单链表的方法，帮助读者深入理解单链表的基本原理与应用技巧。

单链表理论知识详解

1.单链表的定义

线性表的链式存储.
优点:不要求大片连续空间,改变容量方便
缺点:不可随机存取,要耗费一定空间存放指针

typedef struct LNode{
   
    int data;
    struct LNode *next;
}LNode, *LinkList;

typedef 取别名
将struct LNode 取别名为别的，方便书写
比如我们要声明一个该结构体的时候
由原先的struct LNode a; 可以直接写为LNode a;
由原先的struct LNode *p; 可以直接写为LinkList a;

2.单链表的初始化

带头结点的初始化,头结点就是多一个结点,指向第一个存放数据的结点.
不带头结点,会使处理数据的逻辑更复杂,对==空表和非空表需要不同的代码逻辑==.
单链表的初始化本质:为头结点分配一个堆空间,将头结点指针域置为空,加上判断内存是否能分配

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
//这是带有头结点的单链表初始化
void InitList() {
   
    LinkList L;//定义头指针变量 
    L=(LNode*)malloc(sizeof(LNode));//头指针指向分配的头结点内存空间 
    L->next=NULL;
    return true;
}
int main()
{
   
    InitList( );
}

3.单链表的插入和删除

3.1 单链表的插入

3.1.1 按位序插入

按位序插入,比如说有5个元素,插入到第三个元素的位置
注意在有头结点时,位序5,意味着是结点6
假如我们要插入的位序是3,意味着我们要寻找的是位序2,也就是结点3,当j=i-1时我们跳出循环,先操作,后j++,j代表当前结点值从0开始,也就是我们在j=3的时候应该跳出循环,所以先操作,后j++,就是j<i-1,j=i的时候就跳出循环

传入什么? 表+插入位置+插入的值
分为几步?
首先是非法操作的判断,是否合法.
第二步是,寻找要插入的位置,插入第几个位置,就找到他前一个位置即i-1,让此时的指针p落在该点处,即我们可以操作他的next域
第三步,先判断吐过p指向空,插入操作不合法,若合法,分配堆空间给一个新的结点s,s的数据域是传入值e,s的指针域指向原先的i(i-1的next域,即p当前的next域),然后将i-1的next域指向新的i

核心思想：先连后断 
bool ListInsert(LinkList L,int i,int e)
{
   
    if(i<1)
        return false;
    LNode *p=L;  //为什么需要p指针,因为我们不能动表头指针
    int j=0;    //用来判断当前指针在第几个结点处,j=0,意思是在头结点处
    while(p!=NULL&&j<i-1) //P不能为空,为空咋插入啊,操作不合法,i=j的时候跳出循环
    {
   
        p=p->next; 
        j++; 
    }    //通过这个循环，我们就能找到A的指向B的next域，在他俩中间插入C
    if(p==NULL)
        return false;  //上个循环判断它是否为空，为空不执行，为空的具体操作写在了这，为空就结束
    LNode *s=(LNode *)malloc(sizeof(LNode));
    s->data=e;
    s->next=p->next;
    p->next=s;
    return true; 
}

3.1.2 在指定结点的前后插入

一.后插操作

分两步
判断操作是否合法(p指针是否为空+s是否能分配)
插入元素操作

InsertNextNode(LNode *p,int e)
{
   
    if(p==NULL)
        return false;
    LNode *s=(LNode *)malloc(sizeof(LNode));    
    if(s==NULL)
        return false;
    s->data=e;
    s->next=p->next;
    p->next=s;
    return true; 
}

二.前插操作

前插操作我们这里不讨论从前遍历一遍,到最后的那种方法
而是考虑,用后插法再交换他们的数据域这种形式可以将时间复杂度降低到o(1)

bool InsertPriorNode(LNode *p,int e)
{
   
    if(p==NULL)
        return false;
    LNode *s=(LNode *)malloc(sizeof(LNode));    
    if(s==NULL)
        return false;
    s->next=p->next;
    p->next=s;
    s->data=p->data;
    p->data=e;
    return true; 
}

4.单链表的删除

4.1 按位序删除

第一步与之前的查找的相同的,现查找位序-1的点
然后再进行删除操作

bool ListDelete(LinkList L,int i,int &e)
{
   
    if(i<1)
        return false;
    LNode *p=L;  //为什么需要p指针,因为我们不能动L头指针
    int j=0;  //用来判断当前指针在第几个结点处,j=0,意思是在头结点处
    while(p!=NULL&&j<i-1) //P不能为空,为空咋插入啊,操作不合法,i=j的时候跳出循环
    {
   
        p=p->next; 
        j++; 
    } 
    if(p==NULL) 
        return false;
    if(p->next==NULL) 
        return false;
    LNode *q=p->next;  //方便操作搞出了一个q,直接用p也行,就是写起来不直观
    e=q->data;
    p->next=q->next;
    free(q);
    return true; 
}

4.2 指定结点的删除

指定删除结点p,我们思考,给你结点p删除它,需要找到前一个结点,但是那样做太麻烦了,不如交换指定结点和后一个结点的数据域,再删除新的后继结点

bool DeleteNode(LNode *p)
{
   
    if(p==NULL)
        return false;
    LNode *q=p->next;
    p->data=q->data;
    p->next=q->next;
    free(q);
    return true;
}

5.单链表的查找

5.1 按位序查找

返回值是位序结点的指针

LNode * GetElem(LinkList L,int i)
{
   
    if(i<0)
        return NULL;
    LNode *p=L;
    int j=0;
    while(p!=NULL&&j<i)
    {
   
        p=p->next;
        j++;
    }
    return p;
 }

5.2 按值查找

LNode * LocateElem(LinkList L,int e)
{
   
    LNode *p=L->next; //从第一个结点处开始查值
    while(p!=NULL&&p->data!=e)
    {
   
        p=p->next;
    }
    return p; 
}

补充一个:求表的长度

int Length(LinkList L){
   
    int len=0;  //不包括头结点 
    LNode *p=L;
    while(p->next!=NULL)
    {
   
        p=p->next;
        len++;
    }
    return len;
}

6. 单链表的建立(带头结点的建立)

单链表的建立包括了头结点的建立(初始化)

6.1 尾插法建立单链表

- 在尾插法中,LNode *s,*r=L;这个写法,其实是为了简化代码,实际上*s不需要赋值,
- 因为在接下来的代码中会给结点s分配堆空间,结点s的位置就会变成随机的,
- 实际上,我们只需要让r=L就行,声明一个s即可
  • 声明输入值x,分配头结点,声明s和r指针
  • 循环分配s结点再把它加入链表,再循环的输入x值
  • 链表尾指针置空
LinkList List_Tailnsert(LinkList &L)
{
   
    int x;
    L=(LinkList)malloc(sizeof(LNode)); //初始化头结点
    LNode *s,*r=L;                     //定义上表尾指针和待随机分配的结点指针
    scanf("%d",&x);
    while(x!=9999) //输出9999表示结束
    {
   
        s=(LNode *)malloc(sizeof(LNode));
        s->data=x;
        r->next=s;
        r=s;
        scanf("%d",&x);
     }
     r->next=NULL;
     return L; 
}

6.2 头插法建立单链表

  • 头插法相比于尾插法,我们要把头指针置空,因为分配的头指针很可能指向神秘的空间有脏数据
LinkList List_Headlnsert(LinkList L)
{
   
    int x;
    L=(LinkList)malloc(sizeof(LNode));
    L->next=NULL; //初始链表头指针指向NULL
    LNode *s;
    scanf("%d",&x);
    while(x!=9999) //输出9999表示结束
    {
   
        s=(LNode *)malloc(sizeof(LNode));
        s->data=x;
        s->next=L->next;
        L->next=s;
        scanf("%d",&x);
     }
     return L; 
}

本文完整代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef struct LNode{
   
    int data;
    struct LNode *next;
}LNode ,*LinkList;

void InitList() {
   
    LinkList L;//定义头指针变量 
    L=(LNode*)malloc(sizeof(LNode));//头指针指向分配的头结点内存空间 
    L->next=NULL;
    return true;
}
bool ListInsert(LinkList L,int i,int e)
{
   
    if(i<1)
        return false;
    LNode *p=L;  //为什么需要p指针,因为我们不能动L头指针
    int j=0;  //用来判断当前指针在第几个结点处,j=0,意思是在头结点处
    while(p!=NULL&&j<i-1) //P不能为空,为空咋插入啊,操作不合法,i=j的时候跳出循环
    {
   
        p=p->next; 
        j++; 
    } 
    if(p==NULL)
        return false;
    LNode *s=(LNode *)malloc(sizeof(LNode));
    s->data=e;
    s->next=p->next;
    p->next=s;
    return true; 
}

InsertNextNode(LNode *p,int e)
{
   
    if(p==NULL)
        return false;
    LNode *s=(LNode *)malloc(sizeof(LNode));    
    if(s==NULL)
        return false;
    s->data=e;
    s->next=p->next;
    p->next=s;
    return true; 
}
bool InsertPriorNode(LNode *p,int e)
{
   
    if(p==NULL)
        return false;
    LNode *s=(LNode *)malloc(sizeof(LNode));    
    if(s==NULL)
        return false;
    s->next=p->next;
    p->next=s;
    s->data=p->data;
    p->data=e;
    return true; 
}

bool ListDelete(LinkList L,int i,int &e)
{
   
    if(i<1)
        return false;
    LNode *p=L;  //为什么需要p指针,因为我们不能动L头指针
    int j=0;  //用来判断当前指针在第几个结点处,j=0,意思是在头结点处
    while(p!=NULL&&j<i-1) //P不能为空,为空咋插入啊,操作不合法,i=j的时候跳出循环
    {
   
        p=p->next; 
        j++; 
    } 
    if(p==NULL) 
        return false;
    if(p->next==NULL) 
        return false;
    LNode *q=p->next;  //方便操作搞出了一个q,直接用p也行,就是写起来不直观
    e=q->data;
    p->next=q->next;
    free(q);
    return true; 
}

bool DeleteNode(LNode *p)
{
   
    if(p==NULL)
        return false;
    LNode *q=p->next;
    p->data=q->data;
    p->next=q->next;
    free(q);
    return true;
}

LNode * GetElem(LinkList L,int i)
{
   
    if(i<0)
        return NULL;
    LNode *p=L;
    int j=0;
    while(p!=NULL&&j<i)
    {
   
        p=p->next;
        j++;
    }
    return p;
} 
LNode * LocateElem(LinkList L,int e)
{
   
    LNode *p=L->next; //从第一个结点处开始查值
    while(p!=NULL&&p->data!=e)
    {
   
        p=p->next;
    }
    return p; 
}

int Length(LinkList L){
   
    int len=0;  //不包括头结点 
    LNode *p=L;
    while(p->next!=NULL)
    {
   
        p=p->next;
        len++;
    }
    return len;
}
LinkList List_Tailnsert(LinkList L)
{
   
    int x;
    L=(LinkList)malloc(sizeof(LNode));
    LNode *s,*r=L;
    scanf("%d",&x);
    while(x!=9999) //输出9999表示结束
    {
   
        s=(LNode *)malloc(sizeof(LNode));
        s->data=x;
        r->next=s;
        r=s;
        scanf("%d",&x);
     }
     r->next=NULL;
     return L; 
}

LinkList List_Headlnsert(LinkList L)
{
   
    int x;
    L=(LinkList)malloc(sizeof(LNode));
    LNode *s;
    scanf("%d",&x);
    while(x!=9999) //输出9999表示结束
    {
   
        s=(LNode *)malloc(sizeof(LNode));
        s->data=x;
        s->next=L->next;
        L->next=s;
        scanf("%d",&x);
     }
     return L; 
}

int main()
{
   
    InitList();
    int e=-1;
}
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