实现你的第一个链表——手把手教你创建单向链表

Posted 2021-01-26 mzzx

写在前面

这是我原发在独立博客上的文章，用来帮助初学链表的同学们理解链表，现在发在这里供大家批评。

为什么要使用链表？

这是我们首先要考虑的一个问题，我们之前已经学过了数组的使用，可以方便快速地存储大量数据，为何还要引入“链表”的概念呢？

比如我们让50个小朋友排排坐，那事情是很好办的：只需要准备50个椅子，让小朋友们依次坐好即可，这就是数组的使用。但是，如果我们预先不知道有多少小朋友，那事情就不好办了，我们可能需要准备大量的椅子，但这就会浪费很多空间；此外，如果一个新来的小朋友必须进入特定两人之间，椅子是静态的，只能让后面的人一个一个依次往后挪，他才能坐到这个位置，这无疑十分浪费时间。

因此，在这种情况下，我们不再让小朋友排排坐，而是让每人拉着另一个人的衣襟，这样不需要确定椅子数，如果有人需要插入，也只需改变一两个人拉谁的衣襟即可。这也就是我们所说的链表。（要注意，这里是“拉衣襟”而不是“手拉手”，因此严格地说是一种单向链表）

C语言实现

实现方式的选择

我们现在已经知道，要实现链表，我们需要有数据（小朋友），又要把数据连起来（拉衣襟），在编程中，我们特别需要考虑对“拉衣襟”的实现，这时，C语言中的指针就为我们提供了绝佳的工具，因为它可以指向其他的元素。为了将数据和指针组合起来，我们需要一个结构体，在链表中，我们将这种数据域和指针域的组合称为结点（node）。

在这里的例子中，为了简单，我们在每个结点只存储一个整型变量：

typedef struct linked_list {
    int num;
    struct linked_list* next;
} l;

在这个结点中，数据域为整型变量num，指针域为指针next，用来指向下一个结点，结点之间依次相连，从而实现“拉衣襟”的操作。

创建结点

创建头结点

很多时候，我们都需要先创建一个不存储数据的头结点，这样即使遇到空链表或对第一个元素的操作等情况也不会出现问题。（注：在课本示例中，并没有使用头结点，但我认为最好使用）

特别注意下面几个名词的区别！

• 头结点：一个空结点，位于单向链表最前面，它的指针域指向第一个有数据的结点
• 尾结点：最后一个结点，它的指针域最终指向NULL
• 头指针：指向头结点的指针，在访问单向链表时要从这个指针所指的结点开始
• 尾指针：指向尾结点的指针，用于创建链表过程中的操作

l * head, * new_node, * tail; //声明头指针、创建新结点所用指针、尾指针
head = (l*)malloc(sizeof(l)); //为头结点分配内存
tail = head; //让尾指针指向头指针

创建数据结点

接下来我们就可以创建有数据的结点内容了！下面先以其中一个结点为例：

new_node = (l*)malloc(sizeof(l)); //为结点分配内存
scanf("%d", &new_node->num); //输入数据
tail->next = new_node; //让尾结点的指针域指向新创建的结点
tail = new_node; //让尾指针指向新的结点

当然，在实际中，肯定不会只创建一个数据结点，而是用循环语句创建完所需的所有结点。

结束链表创建

现在，我们假设所有结点创建完毕，需要进行最后一步——将尾结点的指针域指向NULL，这样就可以标记链表的结束。

tail->next = NULL;

创建链表的整体操作

#include<cstdio>
#include<cstdlib>

//使用结构体构建结点
typedef struct linked_list {
    int num;
    struct linked_list* next;
} l;

l* create(int n) {
    l * head, * new_node, * tail;
    int i = 0;
    //创建头结点
    head = (l*)malloc(sizeof(l));
    tail = head;
    //使用循环，创建n个数据结点
    for(i=0; i<n; ++i) {
        new_node = (l*)malloc(sizeof(l));
        scanf("%d", &new_node->num);
        tail->next = new_node;
        tail = new_node;
    }
    //将尾结点的指针域指向NULL，标志链表结束
    tail->next = NULL;
    //返回头指针
    return head;
}

int main() {
    l* head_pointer;
    int n;
    printf("请输入数据个数：");
    scanf("%d", &n);
    printf("请依次输入数据：");
    head_pointer = create(n);
    /*
    下面可以进行链表操作，本文暂不演示
    */
    return 0;
}

要注意，我们需要在最后让函数返回头指针，以便在主函数中通过头指针访问我们所创建的链表。

总结

本文一步步介绍了创建一个链表的方法，由于我写了半天，现在有点犯懒了，欲知链表的访问、修改等操作，且听下回分解……