C语言操作链表详解

Posted 2021-11-24 木木变成林

C语言操作链表详解

• 链表的概念
• 链表的操作
• • 将数据抽象成结构体
  • 创建和初始化链表
  • 输出链表中存储的数据
  • 查找链表中指定位置的数据
  • 在链表中插入数据
  • 删除指定位置的数据
  • 删除指定数据
  • 修改制定位置的数据
  • 逆序输出链表存储的数据
• 执行结果

在我们学习C语言的前期，每当我们要进行大量数据的读写时，我们都会使用顺序表，也就数组，它的优点很明显，增删读写操作很简单，易于上手。但当我们对数据的存储理解更加深刻时，我们便会逐渐意识到顺序表也不是万能的，它也有它的缺点：顺序表在内存中的存储时，占用一大块连续的空间，但我们实际在使用时，可能并没有那么大的空间，在存储时可能会出错。于是又有了一种新的存储方式：链表，它最大的优点则是不需要一大块连续的空间，它可以使用内存中空余的小空间。因此，链表在实际使用中是必不可少的。下面则来介绍链表的一些基础概念和相关操作。

链表的概念

首先，先来介绍链表的一些基础概念。
链表是一种特殊的存储方式，它在内存中存储时，仅仅占用内存中的一些很小的空间，通过指针来连接每一块零散的空间，适合使用在内存有限的情况下。但也有它的一些缺点：链表的操作相较于顺序表操作要复杂；无法像顺序表一样通过偏移量来快速访问，需要通过遍历来访问；因为链表还需要留有空间来存放指针，因此在存储相同的数组的情况下，占用的空间要更多。
链表每当要存储一个数据时，要在内存上开辟一块空间，并存储两个数据，一个是需要存储的数据，另外一个则是下一快空间的地址。当我们要操作下一块空间时，需要访问上一块空间中存放的地址，通过该地址的指向来找到下一块空间的位置，再进行我们需要的操作。同时，在执行链表相关的操作时，可以将链表的两个数据抽象成一个结构体来存放，方便我们在执行操作调用数据。

链表的操作

将数据抽象成结构体

链表的每一块小空间都需要存入两个数据，一个是需要存入的数据，另一个是下一块空间的地址，所以结构体中也需要定义两个变量，分别用来存储数据和地址。在定义结构体时，为了后面编写程序更加方便，使用typedef来重定义结构体的名称。

typedef struct Node
{
	int data;
	struct Node *next;
}node;

创建和初始化链表

在C语言中，有一个malloc函数可以在内存中开辟一块空间，参数是需要开辟的大小，方返回值时空间的首地址，且类型是（void *）。
在创建和初始化时，需要通过定义指针来操作链表，先定义两个node *类型的指针，一个用来表示链表的首地址，命名为h，一个用来开辟空间，命名为p，但为了更加明确的展示出此时需要操作的空间，且为了编写程序方便，还需要定义一个指针t，来指向我们此时操作的空间，因此总共需要定义三个指针。
当我们用p开辟了第一个空间后，我们需要让h和t都指上来，并对其赋值。因为此时我们还没开辟下一块空间，没有新的地址，所以讲此空间的地址赋值为NULL。
为了后面描述方便，将结构体中存入数据的变量命名为data，存放地址的变量命名为next。
接着，可以继续用p开辟下一块空间了。因为h表示的是链表的首地址，修改h的值后就不能再找到链表的首地址了，于是需要使用t来操作新开辟的空间了。将p的地址存入t里的next中，则两空间中通过指针建立了连接，并将p的值赋给t，将t所指向的空间修改为新开辟的空间。再同开辟第一块空间时赋值操作一样，将数据存入此时p所指向的data空间中，将next的值赋值为NULL。再用循环重复此操作，则得到所需的链表了。
注：malloc是stdlib库函数中的一个函数，在编写程序的时候需要在前面加上相关的include语句。

node *List(int *arr, int length)
{
	node *p = (node *)malloc(sizeof(node));
	node *h = NULL;
	node *t = NULL;
	for (int i = 0; i < length; ++i){
		if (h == NULL){	//判断是否为第一块空间
			h = p;
			t = p;
		}
		else{
			p = (node *)malloc(sizeof(node));//开辟一块新的空间
			t->next = p;//将新空间的地址存入上一个空间的next中
			t = p;//将t所指向的空间修改为新开辟的空间
		}
		p->data = *(arr + i);
		p->next = NULL;//对新开辟的空间赋值
	}
	return h;
}

输出链表中存储的数据

因为链表中最后一块空间中next的值为NULL，则可以通过判断空间中的next值是否为NULL，来确认此空间是否为最后一块空间，并通过访问next来找到下一块空间的位置。

void ShowList(node *list)
{
	while (list->next){
		printf("%d ", list->data);
		list = list->next;
	}
	printf("%d\\n",list->data);
}

查找链表中指定位置的数据

为了操作链表更加方便，需要定义一个新的指针p，通过移动p来寻找所要求的空间。

int SearchList(node *list, int t)
{
	node *p = list;
	for (int i = 0; i < t; ++i){
		p = p->next;//将p指向下一个空间
	}
	return p->data;//找到所要求的空间，返回存储的数据
}

在链表中插入数据

需要用malloc开辟一块新的空间来存入新的数据，并定义一个指针insert来指向此空间。为了能插入成功，最关键的是断开所插入位置处旧的连接，重新建立新的连接。则应先找到所插入位置的上一块空间，将其next修改为新开辟的空间的地址，即将上一块空间通过next的值，指向新开辟的空间，成功建立连接。但此时还没有完，新开辟的空间虽然和前面的空间建立了连接，但和后面还没有建立。因此需要将后面的空间的地址存入到新开辟的空间中的next中。至此，新开辟的空间和前后的连接都建立完成，数据插入成功。

node *InsertList(node *list, int data, int t)
{
	node *p = list;
	node *insert = (node *)malloc(sizeof(node));//开辟一块新的空间
	for (int i = 0; i < t - 1; ++i){
		p = p->next;
	}//找到所插入位置处的上一块空间
	insert->data = data;//存入数据
	insert->next = p->next;//和后面的空间建立连接
	p->next = insert;//和前面的空间建立连接
	return list;
}

删除指定位置的数据

大致的思路和插入数据相似，关键都是破坏旧的连接，建立新的连接。需要先找到所删除的空间的上一块空间，将其的next值赋值为所删除的空间的后一块空间的地址，则两原本隔了个空间的空间，建立了连接。

node *DeleteList(node *list, int t)
{
	node *p = list;
	node *q = NULL;
	if (t){
		for (int i = 0; p && i < t - 1; ++i){
			p = p->next;
		}
		if (!p){
			return list;//若超出链表范围，则直接返回
		}
		q = p;
		p = p->next;
		q->next = p->next;//删除中间结点和尾结点
	}
	else{
		list = p->next;//删除头结点
	}
	free(p);
	return list;
}

删除指定数据

大致操作和删除指定位置的数据相同，唯一的差别是需要先找到指定数据的位置。

node *DeleteNumList(node *list, int num)
{
	node *p = list;
	node *q = NULL;
	if (p->data != num){
		for (; p && (p->data != num); q = p, p = p->next);
		if (!p){
			return list;//若超出链表范围，则直接返回
		}
		q->next = p->next;//删除中间结点和尾结点
	}
	else{
		list = p->next;//删除头结点
	}
	free(p);
	return list;
}

修改制定位置的数据

操作的关键是找到所要修改的位置，通过依次访问每块空间中next的值来访问下一块空间即可。

node *ChangeList(node *list, int data, int t)
{
	node *p = list;
	for (int i = 0; i < t; ++i){
		p = p->next;
	}//找到所要修改的位置
	p->data = data;//修改数据
	return list;
}

逆序输出链表存储的数据

通过递归来依次访问下一块空间所存储的数据，并输出。只需将输出语句放在递归函数的后面，则当递归结束时，会先输出最后一个数据，再返回执行上一个输出语句，输出倒数第二个数据，并反复执行此操作，直到逆序输出完成。

void ShowListReturn(node *list)
{
	if (list){
		ShowListReturn(list->next);//递归，访问下一块空间
		printf("%d ", list->data);//输出数据
	}
}

执行结果

下面为main函数，用以展示上述函数的执行结果。

int main(void)
{
	int arr[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };
	node *list = List(arr, sizeof(arr) / sizeof(arr[0]));
	printf("Show:");
	ShowList(list);
	printf("ShowReturn:");
	ShowListReturn(list);
	printf("\\n");
	printf("Search:%d\\n", SearchList(list, 3));
	printf("Insert:");
	ShowList(list = InsertList(list, 7, 0));
	printf("Delete:");
	ShowList(list = DeleteList(list, 2));
	printf("DeleteNum:");
	ShowList(list = DeleteNumList(list, 6));
	printf("Change:");
	ShowList(ChangeList(list, 3, 4));
	system("pause");
	return 0;
}