初阶数据结构——线性表——链表——不带头单向链表

Posted 2021-11-08 东条希尔薇

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🎉🎉初阶数据结构我们通过c语言实现，所以此专栏也可以帮助大家巩固大家的c语言知识

知识回顾

在前一章中我们已经介绍了顺序表，相信大家对顺序表的实现已经有所了解了吧！

但是，这种数据结构，难免会有以下的缺陷

1. 我们在中间位置插入或删除数据的话，可能需要挪动后面的所有数据，时间复杂度较高==(O(n))==
2. 我们的空间是按照2倍的常数开辟的，可能会造成空间的浪费，比如我们的顺序表从100扩容到200，但我们只需要插入5个数据，剩下的195单位空间就被浪费了
3. 增容过程也会造成资源的消耗

为了克服以上的缺陷，我们设计出了另外一种线性数据结构——链表

之所以叫它线性表，是因为它的逻辑结构是连续的，仍然满足线性表的特征

但它在物理结构上未必是关联的，连续的

在物理结构上非连续的话，我们可以利用地址，形成元素之间的相互联系

它的定义仍然是一个结构体,每个结构体，就是链表中的一个结点

struct ListNode
{
	int data;//存放元素
	struct ListNode* next;//存放下一个元素的地址，以此来链接元素
};

---

这种数据结构，它的空间就是按需申请的，没有任何空间的浪费，用多少申请多少

直接申请一个结点就行了

但却仍然不可避免的有缺陷：不支持随机访问(下标访问)

查找的时间复杂度为O(n)

实际中链表的实现方式有很多种，今天为大家介绍其中的一种，不带头的单向链表

后面会更新带头循环链表，敬请期待！

还是从增删查改来介绍链表怎么定义

目录

• 单链表定义
• • 头文件定义
  • 初始化
• 单链表插入
• • 开辟结点
  • 尾部插入
  • 头部插入
  • 任意位置插入(前面)
  • 任意位置插入(后面)
• 单链表删除
• • 尾部删除
  • 头删
  • 任意位置删除(当前位置)
  • 任意位置删除(后面)
• 查找函数
• 其它函数

单链表定义

头文件定义

定义的方法，以及至于为什么这样定义已经在前一期说过了，不懂的小伙伴可以看我这篇 关于顺序表的文章.里面关于顺序表的定义，很多都是相通的

//Slist.h
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>

typedef int SLTDataType;//方便存储各种各样的数据

typedef struct SListNode
{
	SLTDataType data;
	struct SListNode* next;
}SLTNode;//重命名，简化后面代码的编写

初始化

链表的初始化比较简单，在main函数中可以直接这样初始化

SLTNode* plist=NULL;

单链表插入

开辟结点

我们同样利用动态内存管理开辟空间

初始化方式:data为你需要插入的数据，next指向NULL

函数返回一个结构体类型

SLTNode* BuySListNode(SLTDataType x)
{
	SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	if (!newnode)
	{
		printf("fail\\n");
		exit(-1);
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	return newnode;
}

尾部插入

假设我们有下面的链表

由于我们的链表不支持随机访问，所以不能直接找到尾部元素

我们也只能定义一个变量来遍历，然后直到某一个结点的next指向NULL

所以我们可以写出以下的代码

void SListPushBack(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{
	SLTNode* newnode = BuySListNode(x);

	SLTNode* cur = phead;
	while (cur->next)
	{
		cur = cur->next;
	}
	cur->next = newnode;
}

这里的cur=cur->next需要另外解释一下

可以直接用物理图来解释

但是，这个代码却有一个问题,我们可以尝试使用一下

使用示例：

SLTNode* plist=NULL;
SListPushBack(plist,1);

但是程序却崩溃了

原因其实是这样：
在我们初始化的时候plist设置的为空

所以当我们在空链表尾插的时候，将会崩溃，因为函数的参数是相对于指针变量的传值调用，并不会改变外部的链表仍然为空

而我们对地址进行传址调用时，就需要传一个二级指针进去

所以，最终代码如下

void SListPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
	SLTNode* newnode = BuySListNode(x);
	if (!(*pphead))
	{
		*pphead = newnode;
	}//加上一个空指针判断
	else
	{
		SLTNode* cur = *pphead;
		while (cur->next)
		{
			cur = cur->next;
		}
		cur->next = newnode;
	}
}

正确使用示例

void Test1()
{
	SLTNode* plist = NULL;
	SListPushBack(&plist, 1);
	SListPushBack(&plist, 2);
	SListPushBack(&plist, 3);
	SListPushBack(&plist, 4);
	SListPushBack(&plist, 5);
}

效果图

头部插入

与尾部插入相似，这里不再做详细阐述，解释在代码里面

void SListPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
	SLTNode* newnode = BuySListNode(x);
	newnode->next = *pphead;//将新结点链接到原来的头结点
	*pphead = newnode;//将新结点作为新的头结点
}

任意位置插入(前面)

这里需要的查找函数在本文的偏后位置，大家也可以点击目录直接定位

这里我们需要三个参数，分别是：

头结点的地址，插入位置**（需要查找函数定位）**，插入数字

void SListInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x);

以下是查找的思路，(假如在3的前面插入)

同样需要cur变量来寻找你传入的位置

我们需要检查cur->next是不是我们需要的位置

下图中，cur->next就是pos位置

然后开始malloc新结点，开始链接

同理，这里如果为空指针会出现问题

但在这里，1个结点也会出现问题！

因为这里的cur和pos会指向相同位置

代码处理完将会这样

所以我们仍然要加入特殊情况的处理方式

void SListInsertBefore(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
	if (pos == *pphead)
	{
		SListPushFront(pphead, x);
	}
	else
	{
		SLTNode* newnode = BuySListNode(x);
		SLTNode* cur = *pphead;

		while (cur->next != pos)
		{
			cur = cur->next;
		}
		newnode->next = pos;
		cur->next = newnode;
	}

}

任意位置插入(后面)

任意位置后面的插入要简单的多，从参数都能看出来，少了一个

void SListInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x);

主要原因是因为我们的链表，在知道一个结点后，是可以找到下一个元素的

而前面的元素却找不到(只针对单链表)

过程（还是以3举例）

特别声明！！！

这里的操作顺序不能颠倒，因为如果先改变pos->next的话，真正的next结点就不能够找到了

void SListInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
	SLTNode* newnode = BuySListNode(x);
	newnode->next = pos->next;
	pos->next = newnode;
}

单链表删除

删除的实现，有一种情况就是对空链表进行删除操作

在这里我们不用这么墨迹，直接用粗暴的方法，直接assert断言！

尾部删除

同样，需要一个tail指针，寻找链表的尾部元素
我们这里的结束条件是tail->next->next,也就是找到倒数第二个元素

但是有一个只有一个元素尾删的问题

这里的tail->next->next就是对空指针的解引用，就会报错

我们同样需要加入特殊情况的讨论

void SListPopBack(SLTNode** pphead)
{
	assert(*pphead);

	if (!((*pphead)->next))
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
	else
	{
		SLTNode* tail = *pphead;
		while (tail->next->next)
		{
			tail = tail->next;
		}
		free(tail->next);
		tail->next = NULL;
	}
}

头删

头删就没那么多讲究了，直接上代码

void SListPopFront(SLTNode** pphead)
{
	assert(*pphead);

	SLTNode* next = (*pphead)->next;
	free(*pphead);
	*pphead = next;
}

任意位置删除(当前位置)

这些函数直接开始上图

void SListErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
	assert(*pphead);
	if (pos == *pphead)
	{
		SListPopFront(pphead);
	}
	else
	{
		SLTNode* cur = *pphead;
		while (cur->next != pos)
		{
			cur = cur->next;
		}
		cur->next = pos->next;
		free(pos);
	}
}

任意位置删除(后面)

void SListEraseAfter(SLTNode* pos)
{
	assert(pos->next);
	SLTNode* next = pos->next;
	pos->next = next->next;
	free(next);
}

查找函数

这里有两种实现方式，它们的返回值不同

一个返回链表的位置int型

一个直接返回此链表结点

本文采用后者实现

仍然使用暴力求解法

SLTNode* SListFind(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{
	SLTNode* cur = phead;
	while (cur)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}
		cur = cur->next;
	}
	return NULL;
}

使用方法

为插入，删除函数指示位置

使用示例：

void Test5()
{
	SLTNode* plist = NULL;
	SListPushBack(&plist, 1);
	SListPushBack(&plist, 2);
	SListPushBack(&plist, 3);
	SListPushBack(&plist, 4);
	SListPushBack(&plist, 5);
	SListPrint(plist);
	SLTNode* pos1 = SListFind(plist, 3);
	SListInsertAfter(pos1, 6);
}//在3的后面插入一个6

如果有重复元素的链表怎么办？例如

1 1 1 1 1 2 3 4

使用方法先进行初始化，找到第一个结点的位置，利用循环，去访问

pos=SListFind(plist,1);//初始化
while(pos)
{
	pos=SListFind(plist,1);//迭代过程
	//你需要的其它操作
}

其它函数

打印函数

void SListPrint(SLTNode* phead)
{
	SLTNode* cur = phead;
	while (cur)
	{
		printf("%d->", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("NULL\\n");
}

销毁函数

void SListDestory(SLTNode** pphead)
{
	assert(*pphead);
	SLTNode* cur = *pphead;
	SLTNode* next = NULL;
	while (cur)
	{
		next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	*pphead = NULL;
}