【数据结构】C语言实现链表的相关操作

链表

概念与讨论

以链式结构存储的线性表称之为线性链表，线性链表中逻辑上相邻的数据元素的存储空间可以是不连续的，为表示逻辑上的顺序关系，对线性链表中的每个数据元素除存储本身的信息之外，还需存储其后继的地址（即用指针表示逻辑关系）。线性链表中的每个元素（由数据域和指针域构成）称为结点（node）。

首元结点：链表中存储第一个数据的结点

头结点：在首元结点前附设的一个结点（不存储数据，指针指向首元结点）

头指针：指向链表中第一个结点的指针（有头结点就指向头结点，无头结点则指向首元结点）

链表可以带头结点，也可以不带头结点，推荐使用带头结点的链表

如何表示空表？

不带头结点时，头指针为空表示空表

带头结点时，头结点的指针域为空表示空表

为什么在链表设置头结点？

1. 便于处理首元结点，首元结点的地址保存在头结点的指针域中，所以对链表上首元结点的操作和之后的其他结点一样，无需特殊处理
2. 便于统一处理空表和非空表，无论链表是否为空，头指针都是指向头结点的非空指针。

头结点的数据域内装的是什么？

头结点的数据域可以为空，也可以存放线性表长度等附加消息，但此结点不能计入链表长度值

链表的特点

1. 结点在内存中的位置是任意的，即逻辑上相邻的数据元素在物理地址上不一定相邻
2. 访问时只能通过头指针进入链表，并通过每个结点的指针域依次向后顺序扫描其余结点，所以寻找第一个结点和最后一个结点所花费的时间是不等的

链表类型

根据指针域的不同，链表的表示形式也不同，最普通的链表是单链表，其指针域为一个指向后继结点的指针

除此以外还有循环链表和双链表，后文中会有介绍，以下内容都是关于单链表，如无特殊说明，后文中的链表指的就是单链表

表示

带头结点的单链表

单链表是由表头（这里的表头指的是头结点）唯一确定的，因此单链表可以用头指针的名字来命名，若头指针的名字是 L，则把该单链表称为表 L

typedef int ElemType;
typedef struct LNode {
	ElemType data;
	struct LNode* next;
}LNode, * LinkList;

LNode：结构体，表示单链表的结点

data：存储的数据

next：结点指针，指向下一个结点

LinkList：头指针，用来表示单链表

初始化

生成一个结点为头结点，头指针指向头结点，此时单链表为空表，将头结点的指针域置空

返回NULL表示初始化失败，非NULL则表示初始化成功

LinkList init(void)
{
	LinkList L = (LNode*)malloc(sizeof(LNode));
	if (L == NULL)
	{
		return NULL;
	}
	L->next = NULL;
    L->data = 0;	//头结点的数据域有没有初始化都可以
	return L;
}

主函数main中的操作

	LinkList L = NULL;
	L = init();

插入

在结点 n1 之后插入一个值为 x 的新结点 n2

先让结点 n2 的指针域指向结点 n1 的后继结点

再让结点 n1 的指针域指向结点 n2

参数：单链表 L，结点 n1，新结点 n2 的值 x

void insert(LinkList L, LNode* n1, ElemType x)
{
	LNode* n2 = (LNode*)malloc(sizeof(LNode));
	if (n2 == NULL)
	{
		return;
	}
	n2->data = x;
 
	n2->next = n1->next;
	n1->next = n2;
}

删除

在链表中删除结点 n

先找到要删除的结点 n 的前驱结点 p

再让结点 p 的指针域指向结点 n 的后继结点

释放结点 n 的内存空间

参数：链表 L，要删除的结点 n

void del(LinkList L, LNode* n)
{
	LNode* p = L;
	while (p->next != n)
	{
		p = p->next;
	}
 
	p->next = p->next->next;
	free(n);
}

访问

访问链表中索引为 index 的结点（index 大于等于1，首元结点的 index 值为1）

参数：链表 L，索引 index

LNode* access(LinkList L, int index)
{
	LNode* p = L;
	int i = 0;
	for (i = 0; i < index; i++)
	{
		p = p->next;
  		if (p == NULL)
		{
			return NULL;
		}
	}
	return p;
}

判断 p == NULL 可有可不有，有的话，作用在于防止访问到链表之后的空间

查找

查找链表中第一个值为 x 的结点，返回该结点在链表中的索引值（索引从首元结点开始，值大于等于1）

参数：链表 L，数据 x

返回值：返回值为索引值，若返回0，表示找不到

int find(LinkList L, ElemType x)
{
	LNode* p = L;
	int i = 1;
	p = p->next;
	while (p != NULL)
	{
		if (p->data == x)
		{
			return i;
		}
		p = p->next;
		i++;
	}
	return 0;
}

是否为空

判断链表是否为空

参数：链表 L

返回值：返回1表示链表为空，返回0表示链表不为空

int isEmpty(LinkList L)
{
	LNode* p = L;
	if (p->next == NULL)
	{
		return 1;
	}
	return 0;
}

求表长

求链表表长（从首元结点开始计算结点个数）

参数：链表 L

返回值：返回值为链表长度

int get_length(LinkList L)
{
	LNode* p = L;
	int i = 0;
	p = p->next;
	while (p != NULL)
	{
		p = p->next;
		i++;
	}
	return i;
}

清空

清空单链表，只保留头结点和头指针

参数：链表 L

void clear(LinkList L)
{
	LNode* p = L;
	LNode* pFree = L;
	p = p->next;
	pFree = p;
 
	while (p != NULL)
	{
		p = p->next;
		free(pFree);
		pFree = p;
	}
	L->next = NULL;
}

注意最后要将头结点的指针域指向 NULL

销毁

销毁单链表，所有结点，包括头结点全部销毁，头指针置 NULL

参数：链表 L

返回值：返回 NULL，在主函数中将头指针置 NULL

LinkList destroy(LinkList L)
{
	LNode* p = L;
	LNode* pFree = L;
 
	while (p != NULL)
	{
		p = p->next;
		free(pFree);
		pFree = p;
	}
	return NULL;
}

打印

查看链表中各元素的数据

void print_LinkList(LinkList L)
{
	LNode* p = L->next;
 
	while (p != NULL)
	{
		printf("%d ", p->data);
		p = p->next;
	}
	printf("\n");
}

建立链表

头插法

创建新结点，新结点的指针域指向链表的首元结点，头结点的指针域指向新结点，新结点成为新的首元结点

void creat_head(LinkList L)
{
	ElemType x = 0;
	ElemType flag = -999;
	printf("input x(ElemType:int)(flag == -999):");
	scanf("%d", &x);
	while (x != flag)
	{
		LNode* p = (LNode*)malloc(sizeof(LNode));
		if (p == NULL)
		{
			return;
		}
		p->data = x;
 
		p->next = L->next;
		L->next = p;
		printf("input x(ElemType:int)(flag == -999):");
		scanf("%d", &x);
	}
}

尾插法

创建新结点，新结点的指针域指向NULL，首元结点的指针域指向新结点

需要设立一个尾指针，来指向链表中的最后一个结点

void creat_tail(LinkList L)
{
	LNode* r = L;	//尾指针，指向链表中的最后一个结点
 
	ElemType x = 0;
	ElemType flag = -999;
	printf("input x(ElemType:int)(flag == -999):");
	scanf("%d", &x);
	while (x != flag)
	{
		LNode* p = (LNode*)malloc(sizeof(LNode));
		if (p == NULL)
		{
			return;
		}
		p->data = x;
 
		p->next = NULL;
		r->next = p;
		r = p;
		printf("input x(ElemType:int)(flag == -999):");
		scanf("%d", &x);
	}
}

链表类型

单向链表：即单链表，指针域指向下一结点

循环链表：表中最后一个结点的指针域指向头结点（如果不设头结点，则指向首元结点），循环链表通常不使用头指针，而是用一个尾指针来表示循环链表，尾指针指向循环链表中最后一个结点

双向链表：在单链表的每个结点里再增加一个指向其直接前驱的指针域 prior，这样链表中就有了两个不同方向的链