C 项目案例实践（1）数据结构之链表（0）

链表是通过一组任意的存储单元来存储线性表中的数据元素的，那么怎样表示出数据元素之间的线性关系呢？为建立数据元素之间的线性关系，对每个数据元素ai,除了存放数据元素的自身信息a_i之外，还需要存放和a_i一起存放其后继a_i+1所在的存储单元的地址，这两部分信息组成一个"节点"（如图），存放数据元素信息的称为数据域，存放其后继地址的称为指针域。因此，n个元素的线性表通过每个节点的指针域拉成了一条"链子"， 称之为链表。因为每个节点中只有一个指向后继的指针，所以称之为单链表。

链表是由一个个节点构成，节点定义如下：

typedef   struct   node

{

datatype data;

struct node *next;

}LNode, *LinkList;

定义指针变量： LinkList H;

下图分别是带头节点的单链表空表和非空表的示意图

注：LNode是节点的类型，LinkList是指向LNode类型节点的指针类型。

在操作中需要用到某节点的指针变量时， 做如下声明是等价的。

LNode *p;  等价于  LinkList H;

p  = malloc(sizeof(LNode)); 表示申请一块LNode类型的存储单元，并将这块存储空间的地址赋值给变量p. p所指的节点为*p, *p的类型为LNode型，所以该节点的数据域为(*p).data 或 p->data, 指针域为(*p)->next, 或 p->next。

存储空间的分配和释放

1.存储空间分配函数原型： void *malloc(unsigned int size);

作用是在内存中动态获取一个大小为size个字节的连续的存储空间。并返回一个void类型的指针，若分配成功，该指针指向已分配空间的起始地址，否则，该指针将为空（NULL）

2.连续空间分配函数原型： void *calloc(unsigned, n unsigned size);

作用是在内存中动态获取n个大小为size个字节的连续的存储空间。 该函数将返回一个void类型指针，若分配成功，该指针指向已分配空间的首地址，否则返回空（NULL）。用calloc()可以动态获取一个一维数组空间，其中n为数组元素个数，每个数组元素的大小为size个字节。

3.空间释放函数原型：void free(void *addr);

free()的作用是释放由addr指针所指向的空间，即系统回收，使这段空间又可以被其它变量所用。

建立和输出链表

所谓动态建立链表是指在程序执行过程中从无到有地建立链表，将一个个新生成的节点依次链接入已建立起来的链表上。上一个节点的指针域存放下一个节点的起始地址，并给各个节点数据域赋值。

例如，建立一个学生成绩的链表，其节点的结构体定义如下：

struct student
{
    long num;
    char name[20];
    float score;
    struct student *next;
};

4步建立链表：

1.定义三个指针变量，head头指针，p1指向新节点，p2指向尾节点

2.产生一个节点， head ， p1和p2都指向它，并输入想要的数据。

3.循环操作，陆续产生新节点，输入数据，链接到表尾

4.最后，尾节点指针域置空，返回头指针。

create()函数创建链表， 返回链表头指针：

struct student *create()
{
    struct student *p1, *p2, *head;
    int i, n = 2;
    head = NULL;

    head = p1 = p2 = (struct student *) malloc(sizeof(struct student));

    if(!head) return false; //检测内存空间是否申请成功

    printf("input num  name  score\n");
    scanf("%ld%s%f",&p1->num,&p1->name,&p1->score);

    for(int i = 1; i<n; i++)
    {
        p1= (struct student *)malloc(sizeof(struct student));

        if(!p1) return false;

        scanf("%ld%s%f",&p1->num,&p1->name,&p1->score);
        p2->next = p1;
        p2 = p1;
    }
    p2->next = NULL;
    return head;
}

利用print()函数输出链表数据：

void print(struct student *p)
{
    while(p != NULL)
    {
        printf("ID: %ld Name: %10s  score:%6.2f\n",p->num,p->name,p->score);
        p=p->next;
    }
}

最后在main函数中完成调用工作：

int main(void)
{
    struct student *head;
    head = create();
    print(head);

    fflush(stdin);
    getchar();

}

单链表的基本操作

1.插入。

如果要在单链表的两个数据元素之间插入一个数据元素x,已知p为其单链表存储结构中指向节点a的指针（如图(a)），为插入数据元素x,首选要生成一个数据域为x的节点，然后插在单链表中，插入前需要修改节点a中的指针域，令其指向节点x,而节点x中的指针域应指向节点b，从而实现三个元素a,b和x之间逻辑关系的变化。插入单链表如图（b),假设s为指向节点x的指针，则上述过程可表述如下：

s->next = p->next;

p->next = s;

图（a)

图（b）

2.删除

要删除单链表中的元素x，仅需要把x节点的指针域目前保存的它的下一个节点b的地址赋值给a节点的指针域即可。 假设p,q分别是指向a,x节点的指针，则:

p->next = q->next;

free(q);

3.查找

链表查找是指在链表中查找某成员值为给定值的节点。下面定义一个查找函数，它的返回值即为指向查找到的节点的指针。查找方法是先输入要查找的给定值，然后从链表的头指针所指的第一个节点开始，按链接顺序逐一比较：当查找到给定值的节点时，则返回该节点，否则返回空指针。

struct student *find(struct student *p)
{
    long num;
    printf("Input the std ID :");
    scanf("%ld",&num);

    while(p != NULL)
        {
            if(num == p->num) return p;
            p = p->next;
        }
    return NULL;
}

双链表

单链表的节点中只有一个指向其后继节点的指针域next， 因此，若已知某节点的指针为p， 其后继节点的指针则为p->next， 而找其前驱则只能从该链表的头指针开始，顺着各节点的next域进行，也就是说找后继的时间性能是O(1),而找前驱的时间性能是O(n) , 如果希望找前驱的时间性能达到O（1），则只能付出空间代价：每个节点再加一个指向前驱的指针域，节点的结构如图（1），用这种节点组成的链表称为双向链表：

双链表节点的定义如下：

typedef struct dlnode
{
    datatype data;
    struct dlnode *prior , *next;
}DLNode , *DLinkList;

双向链表中节点的插入：设p指向双向链表中某节点，s指向待插入的值为x的新节点，将*s插入到*p的前面，插入如图3， 操作如下：

1. s->prior = p->prior;

2. p->prior->next = s;

3. s->next = p;

4. p->prior = s;

双向链表中节点的删除，蛇p指向双向链表中某节点，删除*p;

1.p->prior->next = p->next;

2. p->next->prior = p->prior;

3. free(p ) ;