C语言数据结构解析与实例-链表
链表是C语言中的一种基本数据结构。
对于C程序员来说，了解链表是必要的。
链表是一种动态数据结构，其长度可以在运行时增加或减少。
链表与数组有什么不同？考虑以下几点：
- 数组是一种静态数据结构。这意味着数组的长度在运行时无法改变，而链表是一种动态数据结构。
- 在数组中，所有元素都保持在连续的内存位置上，而在链表中，元素（或节点）可以位于任何位置，但仍然相互连接。
何时优先选择链表而不是数组？在不知道要存储的数据量时，通常首选链表。例如，在员工管理系统中，无法使用数组，因为数组长度是固定的，而任意数量的新员工可以加入。在这种情况下，使用链表（或其他动态数据结构），因为它们的容量可以在运行时根据需要增加（或减少）。
链表在内存中是如何排列的？
链表基本上由位于随机内存位置的内存块组成。现在，有人可能会问它们是如何连接或如何遍历的？嗯，它们是通过指针连接起来的。通常，链表中的一个块通过以下结构表示：
struct test_struct
{
int val;
struct test_struct *next;
};
正如你在这里所看到的，这个结构体包含一个值 val 和一个指向相同类型结构体的指针。值 val 可以是任意值（取决于链表所存储的数据），而指针 next 包含了链表中下一个块的地址。因此，通过这些包含下一个节点地址的 next 指针，实现了链表的遍历。最后一个节点（或者只有一个节点的链表）的 next 指针将包含一个 NULL 值。
节点是如何创建的？
节点是通过以下方式将内存分配给一个结构（如上文所示）来创建的：
struct test_struct *ptr = (struct test_struct*)malloc(sizeof(struct test_struct));
这个结构体包含一个值 val 和一个指向相同类型结构体的指针。值 val 可以是任意值（取决于链表所存储的数据），而指针 next 包含了链表中下一个块的地址。因此，通过这些包含下一个节点地址的 next 指针，实现了链表的遍历。最后一个节点（或者只有一个节点的链表）的 next 指针将包含一个 NULL 值。
...
...
ptr->val = val;
ptr->next = NULL;
...
...
搜索节点
搜索一个节点意味着查找包含要搜索的值的节点。实际上，如果我们谈论线性搜索的话，这是一个非常简单的任务（请注意，还有许多搜索算法）。只需从第一个节点开始，然后将要搜索的值与该节点中包含的值进行比较。如果值不匹配，则通过“next”指针（它包含下一个节点的地址）访问下一个节点，并在那里进行相同的值比较。搜索会继续进行，直到访问到最后一个节点，或者找到了值等于要搜索的值的节点。以下是一个代码片段示例：
...
...
...
while(ptr != NULL)
{
if(ptr->val == val)
{
found = true;
break;
}
else
{
ptr = ptr->next;
}
}
...
...
...
删除节点
节点的删除通过首先在链表中找到该节点，然后在包含其地址的指针上调用free()函数来实现。如果被删除的节点不是第一个或最后一个节点，那么需要将被删除节点之前的节点的“next”指针指向被删除节点之后的节点的地址。就像如果一个人从人链中脱离出来，那么这个人之前的两个人需要重新握手来保持链条的完整。
一个实际的C链表示例
这里有一个实际的示例，它创建一个链表，向其添加一些节点，然后在链表中搜索和删除节点
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
struct test_struct
{
int val;
struct test_struct *next;
};
typedef struct test_struct myLinklist;
myLinklist *head = NULL; //头结点
myLinklist *curr = NULL; //当前节点(尾节点)
//创建链表并初始化头节点
myLinklist* create_list(int val){
printf("\n creating list with headnode as [%d]\n", val);
//分配空间
myLinklist * ptr = (myLinklist*)malloc(sizeof(myLinklist));
if(NULL == ptr){
printf("\n Node creation failed \n");
return NULL;
}
ptr->val = val;
ptr->next = NULL;
head = curr = ptr;
return ptr;
}
//向链表中添加节点
myLinklist* add_to_list(int val, bool add_to_end){
//链表为空
if(NULL == head){
return (create_list(val));
}
if(add_to_end)
printf("\n Adding node to end of list value [%d]", val);
else
printf("\n Adding node to beginning of list with value [%d]", val);
myLinklist * ptr = (myLinklist*)malloc(sizeof(myLinklist));
if(NULL == ptr){
printf("\n Node creation failed \n");
return NULL;
}
ptr->val = val;
ptr->next = NULL;
if(add_to_end){
curr->next = ptr;
curr = ptr;
}else{
ptr->next = head;
head = ptr;
}
return ptr;
}
//在链表中搜索指定值的节点
myLinklist* search_in_list(int val, myLinklist* *prev){
myLinklist* ptr = head;
myLinklist* tmp = NULL;
bool found = false;
printf("\n Searching the list for value [%d] \n", val);
while(ptr != NULL){
if(ptr->val == val){
found = true;
break;
}else{
//更新前一个节点
tmp = ptr;
ptr = ptr->next;
}
}
if(true == found){
if(prev) *prev = tmp;
return ptr;
}else{
return NULL;
}
}
//删除指定值的节点
int delete_from_list(int val){
myLinklist* prev = NULL;
myLinklist* del = NULL;
printf("\n Deleting value [%d] from list\n", val);
del = search_in_list(val, &prev);
if(del == NULL)
return -1;
else{
//有前节点
if(prev != NULL)
prev->next = del->next;
//尾节点
if(del == curr)
curr=prev;
//头节点
else if(del == head)
head = del->next;
}
free(del);
del = NULL;
return 0;
}
//打印链表中的节点值
void print_list(void){
myLinklist* ptr = head;
printf("\n ------printing list start------ \n");
while(ptr != NULL){
printf("\n [%d] \n", ptr->val);
ptr=ptr->next;
}
printf("\n ------printing list end------\n");
return;
}
int main(){
int i = 0;
int ret = 0;
myLinklist* ptr = NULL;
print_list();
for(i=5; i<10; i++)
add_to_list(i, true);
print_list();
for(i=4; i>0; i--)
add_to_list(i, false);
print_list();
for(i=1; i<10; i+=4){
ptr = search_in_list(i, NULL);
if(NULL == ptr){
printf("\n search [val=%d] failed, no such element found\n", i);
}else{
printf("\n search passed [val=%d]\n", ptr->val);
}
print_list();
ret = delete_from_list(i);
if(ret != 0){
printf("\n delete [val=%d] failed, no such element found\n", i);
}else{
printf("\n delete [val=%d] passed \n",i);
}
print_list();
}
return 0;
}
在上面的代码中：
第一个节点始终通过一个全局的“head”指针来访问。当第一个节点被删除时，该指针会被调整。
类似地，还有一个“curr”指针，它包含链表中的最后一个节点。当最后一个节点被删除时，该指针也会被调整。
每当向链表中添加一个节点时，都会检查链表是否为空，如果为空，则将其作为第一个节点添加。
