数据链表

Posted 2020-10-15 lemongirl

链表的定义：链表是一种物理存储上非连续，数据元素的逻辑顺序通过链表中的指针链接次序，实现的一种线性存储结构。

链表的特点：链表由一系列节点（链表中每一个元素称为节点）组成，节点在运行时动态生成（malloc），每个节点包括两个部分：

　　　　　　一个是存储数据元素的数据域

　　　　　　另一个是存储下一个节点的地址的指针域

一.单向链表的操作

　1.链表的结构

　　♦ 链表由一个个节点构成，每个节点一般采用结构体的形式组织。

　　　　比如：typedef struct stu

　　　　　　　{

　　　　　　　　　int num;

　　　　　　　　　float score;

　　　　　　　　　struct stu *next;

　　　　　　　}STU;

　　♦ 链表节点分为两个域

　　　　数据域：存放各种实际的数据，如：num、score等

　　　　指针域：存放下一节点的首地址

　　♦ 链表的一般结构如下：

　　　　

　　♦ 链表的特点：

　　　　• 链表作为一个线性存储结构，链表的使用比数组更加灵活（数组都是在静态存储区中定义的数组）。

　　　　• 构造一个链表时，不一定在程序中指定链表的长度（节点个数），可以在程序的运行过程中动态的生成一个链表。

　　　　• 链表使用完后可以通过调用free释放节点的方式完成对整个链表空间的释放。

　2.链表的创建

　　构建算法：首先申请一个链表节点，然后为该节点成员赋值，最后将链表节点添加到链表中

　　① 添加到链表尾部：顺序创建，新加入的节点放在链表尾部

　　　　♦ 当链表为空时，将链表头直接指向待添加节点（该节点成为了链表的第一个节点）

　　　　♦ 链表不为空时，首先遍历链表找到链表尾节点，然后将待添加节点挂接到尾节点上

　　　　　

STU* link_create_end(STU *head,STU *p_new)
{
    STU *p_mov = head;
    if(head==NULL)//当第一次加入链表为空时，head执行p_new
    {
        head = p_new;
        p_new->next = NULL;
    }
    else//第二次及以后加入链表
    {
        while(p_mov->next!=NULL)
        {
            p_mov = p_mov->next;//找到原有链表的最后一个节点
        }
        p_mov->next = p_new;//将新申请的节点加入链表
        p_new->next = NULL;
    }
    return head;
}

　　②添加到链表头部：逆序创建，新加入的节点放在链表头部

　　　　♦ 当链表为空时，将链表头直接指向待添加节点（该节点成为了链表的第一个节点）

　　　　♦ 链表不为空时，首先将之前的第一个链表节点挂接到新插入的节点上，然后将链表头指向新插入的节点

　　　　 

STU *link_create_head(STU *head,STU *p_new)
{
    if(head==NULL)
    {
        head = p_new;
        p_new->next = NULL;
    }
    else
    {
        p_new->next = head;
        head = p_new;
    }
    return head;
}

　3.链表的遍历：遍历输出链表所有节点

　　♦ 得到链表第一个节点的地址，即head的值

　　♦ 设一个临时指针变量p_mov，指向第一个节点head，即可获取p_mov所指节点的信息

　　♦ 使p_mov后移一个节点，即可访问下一节点，直到链表的尾节点（注意结尾判断条件）

　　

void link_print(STU *head)
{
    printf("num\\tname\\tscore\\n");
    while(head!=NULL)
    {
        printf("%d\\t%s\\t%.2f\\n",head->num,head->name,head->score);
        head = head->next;
    }
}

　4.链表的查找：按照指定关键字查找节点

　　♦ 得到链表第一个节点的地址，即head的值

　　♦ 设一个临时指针变量p_mov，指向第一个节点head，即可获取p_mov所指节点的信息

　　♦ 比较是否是要查找的节点

　　　　• 是，则返回相应节点地址，停止查找

　　　　• 不是，使p_mov后移一个节点，即可访问下一节点，直到链表的尾节点（注意结尾判断条件），最后若找不到返回NULL

　　

STU *search_link_num(STU *head,int num)    //按学号查找
{
    STU *p_mov = head;
    while(p_mov!=NULL)
    {
        if(p_mov->num == num)    //找到了
        {
            return p_mov;
        }
        p_mov = p_mov->next;
    }
    return NULL;    //没有找到
}

STU *search_link_name(STU *head,char *name)    //按姓名查找
{
    STU *p_mov = head;
    while(p_mov!=NULL)
    {
        if(strcmp(p_mov->name,name) == 0)
        {
            return p_mov;    //找到了
        }
        p_mov = p_mov->next;    //没有找到
    }
    return NULL;
}

　5.链表的有序插入：在一个链表的指定位置插入节点，要求链表本身必须是已经按某种规律排好序的。

　　①.原链表为空：只需使head指向被插节点即可。

　　②.在第一个节点之前插入：使head指向被插节点，被插节点的next指向原来的第一节点。　　

STU *link_insert_head(STU *head,STU *p_new)    //在表头插入
{
    if(head==NULL)    //链表为空
    {
        head = p_new;
        p_new->next = NULL;
    }
    else
    {
        p_new->next = head;     //新来的节点作为头节点
        head = p_new;
    }
    return head;
}

　　③.在中间位置插入：使插入位置的前一节点的next指向被插节点，被插节点的next指向插入位置的后一节点。

STU *link_insert_order(STU *head,STU *p_new)    //按顺序插入
{
    STU *pf = head,*pb = head;
    if(head==NULL)// 链表为空链表
    {
        head = p_new;
        p_new->next = NULL;
    }
    while((pb->num<p_new->num) && (pb->next!=NULL))//循环找
    {
        pf = pb;
        pb = pb->next;
    }
    if(pb->num >= p_new->num)//找到一个节点的num比新来的节点num大，插在pb的前面
    {
        if(pb == head)//找到的节点是头节点，插在最前面
        {
            p_new->next = head;
            head = p_new;
        }
        else
        {
            pf->next = p_new;
            p_new->next = pb; 
        }
    }
    else//没有找到pb的num比p_new->num大的节点，插在最后
    {
        pb->next = p_new;
        p_new->next = NULL; 
    }
    return head;
}

　　④.在表末尾插入：是链表尾节点next指向被插节点，被插节点next指向NULL。

STU *link_insert_end(STU *head,STU *p_new)    //在尾部插入
{
    STU *p_mov = head;
    if(head==NULL)    //没有节点
    {
        head = p_new;
        p_new->next = NULL;
    }
    else
    {
        while(p_mov->next!=NULL)    //找到链表最后一个节点
        {
            p_mov = p_mov->next;
        }
        p_mov->next = p_new;　　//最后一个节点指向新插入的节点
        p_new->next = NULL;
    }
    return head;
}

　6.链表的删除：删除是将某一节点从链中摘除，并释放相应的空间。

　　♦ 删除的第一步是找到要删除的节点，同查找算法，若找不到或链表为空，提示未找到

　　♦ 找到后根据情况删除此节点

　　　　①.被删节点是第一个节点：只需使head指向第二个节点即可。

　　　　

　　　　②.被删节点不是第一个节点：使被删节点的前一节点指向被删节点的后一节点即可。

 　　　　

STU *delete_link_num(STU *head,int num)    //按学号删除
{
    STU *pf = head,*pb = head;
    if(pb==NULL)//链表为空，不用删
    {
        printf("链表为空，没有您要找的结点\\n");
        return ;
    }
    while((pb->num != num) && (pb->next!=NULL))//循环找，要删除的节点
    {
        pf = pb;
        pb = pb->next;
    }
    if(pb->num == num)//找到了一个节点的num和num相同
    {
        if(pb == head)//要删除的节点是头节点
        {
            head = pb->next;
        }
        else
        {
            pf->next = pb->next;
        }
        free(pb);
    }
    else//没有找到
    {
        printf("没有您要找的结点\\n");
    }
    return head;
}

STU *delete_link_name(STU *head,char *name)    //按姓名删除
{
    STU *pb = head,*pf = head;
    if(pb == NULL)//链表为空，不用删
    {
        printf("链表为空，没有您要找的结点\\n");
        return ;
    }
    while((strcmp(pb->name,name)!=0) && (pb->next!=NULL))//循环找，要删除的节点
    {
        pf = pb;
        pb = pb->next;
    }
    if(strcmp(pb->name,name)==0)//找到了一个节点的name和name相同
    {
        if(pb == head)//要删除的节点是头节点
        {
            head = pb->next;
        }
        else
        {
            pf->next = pb->next;
        }
        free(pb);
    }
    else//没有找到
    {
        printf("没有您要找的结点\\n");
    }
    return head;
}

　7.链表的释放

　　♦ 同遍历链表类似，区别在于p_mov每指向某个节点后都将该节点释放

　　♦ 释放前要先保存下一个节点，释放后备份恢复给p_mov，否则释放了当前节点，下一个节点的地址就将丢失

　　♦ 依次将所有节点释放后，最后返回NULL（标示释放完毕）

 　　

STU *free_link(STU *head)
{
    STU *pb = head;
    while(head!=NULL)
    {
        pb = head;
        head = head->next;
        free(pb);
    }
    return NULL;
}

　8.链表排序：当链表本身是无序的时候，我们需要对链表的所有数据进行排序，算法同冒泡法、选择法。

STU *link_order(STU *head)    //排序
{
    STU *pf = head,*pb,temp;
    if(head == NULL)
    {
        printf("链表为空\\n");
        return ;
    }
    if(head->next == NULL)
    {
        printf("只有一个结点，不用排序\\n");
        return ;
    }
    while(pf->next!=NULL)//以pf指向的节点为基准节点，
    {
        pb = pf->next;//pb从基准元素的下个元素开始
        while(pb!=NULL)
        {
            if(pf->num>pb->num)
            {
                temp = *pf;
                *pf = *pb;
                *pb = temp;
                temp.next = pf->next;
                pf->next = pb->next;
                pb->next = temp.next;
            }
            pb = pb->next;
        }
        pf = pf->next;
    }
    return head;
}

　9.链表逆序：将链表的所有节点逆序存放，原来的头结点变为尾节点，原来的尾节点变为头结点。 

STU *link_reverse(STU *head)    //链表的逆序
{
    STU *pf = head,*pb,*ps;
    if(head == NULL)
        return NULL;
    pb = pf->next;
    while(pb!=NULL)
    {
        ps = pb->next;
        pb->next = pf;
        pf = pb;
        pb = ps;
    }
    head->next = NULL;
    head = pf;
    return head;
}

二.双向链表的操作

　1.双向链表的结构

　　typedef struct student

　　{
　　　　int num;
　　　　char name[30];
　　　　struct student *next;　　//指向后一个节点的指针域
　　　　struct student *prior;　　//指向前一个节点的指针域
　　}STU;

　　

　2.双向链表的插入

STU *insert_link_oder(STU *head,STU *pnew)    //双向链表的顺序插入
{
    STU *pb = head,*pf = head;
    
    if(head == NULL)
    {
        head = pnew;
        head->next = head;
        head->prior = head;
    }else
    {
        while((pb->num < pnew->num)&&(pb->next != head))
        {
            pf = pb;
            pb = pb->next;            
        }
        if(pb->num >= pnew->num)
        {
            if(pb == head)
            {
                head->prior->next = pnew;
                pnew->prior = head->prior;
                pnew->next = head;
                head->prior = pnew;
                head = pnew;
            }
            else
            {
                pf->next = pnew;
                pnew->prior = pf;
                pnew->next = pb;
                pb->prior = pnew;
            }
        }
        else
        {
            pb->next = pnew;
            pnew->prior = pb;
            pnew->next = head;
            head->prior = pnew;
        }
    }
    return head;
}

　3.双向链表的删除 

STU *delete_link_num(STU *head,int num)    //双向链表按学号删除
{
    STU *pf = head,*pb = head;
    if(head == NULL)
        return NULL;
    while(pb->next != head)
    {
        if(pb->num == num)
        {
            if(pb == head)
            {
                pb->prior->next = pb->next;
                pb->next->prior = pb->prior;
                head = pb->next;
            }
            else
            {
                pf->next = pb->next;
                pb->next->prior = pf;                
            }
            free(pb);
            break;
        }
        pf = pb;
        pb = pb->next;
    }    
    if(pb->num == num)
    {
        pf->next = head;
        head->prior = pf;
        free(pb);
        if(pb == head)
            head = NULL;
    }
    return head;
}

　4.双向链表排序

STU *oder_link(STU *head)    //双向链表排序
{
    STU *pf = head,*pb = head,temp;
    if(head == NULL)
        return NULL;
    while(pf->next != head)
    {
        pb = pf->next;
        while(pb != head)
        {
            if(pf->num < pb->num)
            {
                /* 交换 */
                temp = *pf;
                *pf = *pb;
                *pb = temp;
                
                temp.next = pf->next;
                temp.prior = pf->prior;
                pf->next = pb->next;
                pf->prior = pb->prior;
                pb->next = temp.next;
                pb->prior = temp.prior;
            }
            pb = pb->next;
        }
        pf = pf->next;
    }    
    return head;
}