线性表的链式存储——链表（带源码）

一、为什么要采用链式存储（链表）存在的意义  为什么要采用链式存储： 
与数组相比，链式存储（即链表）有如下两个优点： 
1、数据元素的个数不确定，随时可能增减。采用固定大小的数组浪费空间。 
2、方便排序，对于数组来说，每次插入一个元素都可能导致大量数据的移动。 
有缺点吗： 
与素族相比，链式存储有一个很大的缺点——读取数据！ 
对于读取其中指定第N个数据，链表必须从头结点用p = p->next（头结点不存储数据）;一直遍历N次或N-1次（头结点存储数据）。所以在需要频繁索取某些指定数据的情况下，牺牲空间为代价换取更优的性能就需要采取数组这种数据结构了。 

二、链表的定义和操作  
链表的基础——结构体和指针： 
懂得结构体，懂得指针，那么学习链表就很简单了。 

 /*
  * 头结点存储数据，即不带头结点的链表
  */
 #include <stdio.h>
 #include <stdlib.h>

 #define OverFlow -1  //定义OverFlow表示内存溢出
 #define OK        0  //定义OK表示成功
 #define Error    -2  //定义操作失败的返回值
 /*
  * 首先定义一个数据类型int的别名ElemType，
  * 增强程序的可移植性，注意typedef和define的区别
  */
 typedef int ElemType;
 /*
  * 紧接着定义链表的节点，其实就是>=1个包含数据
  * 的元素（类型任意）和一个本结构体类型的Next指
  * 针（其值指向链表的下一个节点的地址）
  */
 typedef struct node
 {
     ElemType data;
     struct node *next;
 } Node, *LinkList;

定义了节点的结构体，我们来进行链表操作的函数编写： 
首先来看头结点不存储数据的情况： 
我们需要： 
1.构造一个空表 
    构造空表分两种情况，构造头结点不存储数据的空表和头结点存储数据的空表。 

 /*
  * 1.构建头结点不存储数据的空表（相对简单）
  * 注意函数参数传递的原理
  */
 void Init_LinkList(LinkList *Head_pointer)
 {
     *Head_pointer = NULL;
 }

2.插入一个元素（头插） 
插入一个元素分三步：第一步，定义节点p并初始化，包括分配空间和赋值；第二步，找准插入位置，一般找到插入点的前一个元素；第三步，p->next赋值（这一定首先进行，进行此步骤不影响链表中任何信息)等一系列链表操作，这是核心部分。 

 /*
  * 2.插入一个元素（头插）
  * 这时候不需要传入位置的数据，只需要传入头指针和数据
  */
 int Insert_First(LinkList *Head_pointer, ElemType x)
 {
     Node *p; //这里考虑为什么不用LinkList
     p = (Node *) malloc(sizeof (Node));
     if (p == NULL)
         return OverFlow;
     p->data = x;

     p->next = *Head_pointer;
     *Head_pointer = p;

     return OK;
 }

3.查找指定的元素（与数组查找元素效率差不多） 

 /*
  * 3.查找指定元素，注意这里用到了LinkList定义数据
  * 因为不是要定义一个节点，只是定义一个指针
  */
 LinkList Location_LinkList(LinkList Head, ElemType x)
 {
     LinkList p;
     p = Head;
     while(p != NULL)
     {
         if (p->data == x)
             break;
         p = p->next;
     }
     return p;
 }

4.删除指定的元素 
    这里要注意头结点就是要删除的元素时，操作代码不一样。建立链表时头结点不存入数据的原因就在这里。 

 /*
  * 4.删除指定的元素
  * 有可能改变头结点的值，所以要传入指针
  * 对头结点就是要删除的元素进行单独处理
  */
 int Delete_LinkList(LinkList *Head_pointer, ElemType x)
 {
     Node *p, *q;
     p = *Head_pointer;
     if (p->data == x)//考虑头结点就是要删除的元素
     {
         *Head_pointer = (*Head_pointer)->next;
         free(p);
         return OK;
     }
     else
     {
         q = p; p = p->next; //q指向前一个节点，p指向下一个节点
         while(p != NULL)
         {
             if (p->data == x)
             {
                 q->next = p->next;
                 free(p);
                 return OK;
             }
             q = p; p = p->next;
         }
     }
     return Error;
 }

5.遍历链表 
    其实就是逐个操作链表，操作可以包括打印每个元素，更改每个元素。 
    注意如果在linux下面打印中文出现乱码的情况，请更改编码方式。可参考我在163博客中的一篇文章：http://canlynet.blog.163.com/blog/static/25501365200911300521926/ 

 /*
  * 5.遍历线性表，打印每个数据
  * 只需要传入Head的值即可
  * 头结点为空需要打印空表，在linux的超级终端下注意中文编码问题
  */
 void Show_LinkList(LinkList Head)
 {
     LinkList p = Head;
     int i = 0;
     printf("----链表打印----\n");
     if (p == NULL) //处理头结点为空的情况
         printf("空表\n");
     while (p != NULL)
     {
         printf("[%d]:%d\t", i++, p->data);
         p = p->next;
     }
 }

6.清空链表 
    清空链表需要传入头结点指针。 

 /*
  * 6.清空链表
  * 清除到头结点为空的状态，也就是一个空表的状态
  */
 void SetNull_LinkList(LinkList *Head_pointer)
 {
     LinkList p, q;
     p = *Head_pointer;
     while (p != NULL)
     {
         q = p;
         p = p->next;
         free(q);
     }
 }

7.计算链表的长度 

    注意算法：从Head计算，指针不为空的总数 

/* 
* 7.计算链表的长度 
* 计算方法：从Head开始，计算指针不为空的个数 
*/ 
int Length_LinkList(LinkList Head) 
{ 
LinkList p = Head; 
int sum = 0; 
while(p != NULL) 
{ 
sum++; 
p = p->next; 
} 
return sum; 
} 

8.调用单链表操作的主函数 
    看了下面这个主函数，我们基本上能够感受到c语言编写软件的一种方式。 

 /*
  *8.调用单链表操作的主函数
  */
 int main(void)
 {
     LinkList Head;
     int i;
     Node *loca;
     ElemType x;

     Init_LinkList(&Head);
     do
     {
         printf("\n");
         printf("1---插入一个元素（Insert）\n");
         printf("2---查询一个元素（Locate）\n");
         printf("3---删除一个元素（Delete）\n");
         printf("4---显示所有元素（Show）\n");
         printf("5---计算表的长度（Length）\n");
         printf("6---退出\n");
         scanf("%d", &i);
         switch (i)
         {
             case 1: printf("请输入要插入的分数：\n");
                     scanf("%d", &x);
                     if (Insert_First(&Head, x) != OK)
                         printf("插入失败\n");
                     break;

             case 2: printf("请输入要查询的分数\n");
     scanf("%d", &x);
                     loca = Location_LinkList(Head, x);
                     if (loca != NULL)
                         printf("查询成功\n");
                     else
                         printf("查询失败\n");
                     break;

             case 3: printf("请输入要删除的分数\n");
                     scanf("%d", &x);
                     if (Delete_LinkList(&Head, x) != OK)
                         printf("删除失败\n");
                     else
                         printf("删除成功\n");
                     break;

             case 4: Show_LinkList(Head);
                     break;

             case 5: printf("表的长度是：%d", Length_LinkList(Head));
                     break;

             case 6: break;

             default:    printf("错误选择！请重选");
                         break;
         }
     } while (i != 6);

     SetNull_LinkList(&Head);
     printf("链表已清空，程序退出...\n");

     return 0;
 }

附件包括了头结点存储数据（即不带头结点的单向链表的操作源码）和头结点不存储数据（即带头结点的单向循环链表）的链表操作的源码。 

【完】 
更多关于链表操作的算法请继续关注后面的博客文章... 
本文所涉及的代码来自《实用数据结构》谭浩强主编，林小茶编著，清华大学出版社出版，作者已对其中bug进行了修正，如果还有问题，恳请赐教，在此谢过！