单链表的操作
学习数据结构，进行单链表操作是很基础的内容；只要掌握单链表，那么循环链表、栈和队列的操作将是水到渠成的事情。单链表的难点在于结构体和指针的配合使用，这点掌握熟练，那么单链表也不在话下。这篇文章的示例程序是在Ubuntu16.04操作系统环境中进行的。
我们学习链表的目的是什么？也就是说我们学习链表是要解决什么样的问题呢？大家都知道，针对数组，一组数据的数据类型少，产生了结构体，而结构体和数组都有一个共同的特点，在定义的时候就要规定明确的数据个数。所以对于有限个数据的处理，我们使用结构体或数组就够用了，但是，很多实际问题，我们无法在定义的时候能够明确具体的数据个数，很多时候会有未知个数的数据需要处理，这时我们就需要使用链表来进行操作了。
下面我们便以代码为例，简单说明一下单链表的操作。
首先编写头文件，头文件的名称为：linklist.h。声明结构体，声明各个操作函数。一般的单链表操作，是不会在节点中加入编号的，而我个人认为，加入编号方便后续的编程实现，也不容易产生混乱，可以进一步验证正确与否，尽管这样做，对于代码编写难度略有提高。
1 /* 2 * 文件名为：linklist.h 3 * 文件作用：声明结构体，声明各个操作函数，便于主函数的调用 4 * 文件用途：用于单链表的操作使用 5 */ 6 typedef int datatype; /*自定义变量datatype 便于阅读。*/ 7 /* 定义结构体部分*/ 8 typedef struct node{ 9 datatype data; 10 int no; 11 struct node * next; 12 }listnode,*linklist; 13 14 /* 声明各个操作函数*/ 15 /* 声明创建空表函数，返回值为空表指针*/ 16 linklist list_create(void); 17 /* 声明头结点插入节点函数，返回值为操作是否成功，成功：0失败：-1*/ 18 int list_head_insert(linklist H,datatype x); 19 /* 声明按节点编号插入节点函数，返回值为操作是否成功，成功：0失败：-1*/ 20 int list_pos_insert(linklist H,datatype x,int pos); 21 /* 声明按数值查找函数，返回值为节点编号，失败：-1*/ 22 int list_number_search(linklist H,datatype x); 23 /* 声明按节点序号查找函数，返回值为该节点编号下的数值，失败：-1*/ 24 int list_pos_search(linklist H,int pos); 25 /* 声明删除指定节点编号的节点函数，返回值为操作是否成功，成功：0失败：-1*/ 26 int list_delete(linklist H,int pos); 27 /* 声明将链表数据全部倒置，返回值为操作是否成功，成功：0失败：-1*/ 28 int list_invode(linklist H); 29 /* 声明链表输出显示各个节点数据的函数，返回值为操作是否成功，成功：0失败：-1*/ 30 int list_show(linklist H);
以上便是头文件的编写，下面创建linklist.c文件，用于各个函数功能的实现。由于文件中代码行数较多，不方便讲述，所以下面的讲述，不是将代码整段贴在下面，而是以函数为单位进行了分割，组合起来和源文件也是一模一样的。
第一个函数功能是创建空表，函数没有参数，但是返回值是指向创建空表的指针。首先要创建动态内存，赋值给空表指针，判断指针是否为空来确定动态内存是否分配成功，若成功，则继续给空表内的各个数值及指针赋值。最后返回指针，完成空表的创建。
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include "linklist.h" 4 linklist list_create(void) 5 { 6 linklist H = NULL; 7 /* 申请动态内存，赋值给指针*/ 8 H = (linklist)malloc(sizeof(listnode)); 9 /* 判断动态内存是否申请成功*/ 10 if(H == NULL) 11 { 12 printf("no memory\n"); 13 return NULL; 14 }else 15 { 16 /* 给空表中结构体中的各个成员赋值*/ 17 H -> data = 0; 18 H -> no = -1; 19 H -> next = NULL; 20 /* 返回空表指针*/ 21 return H; 22 } 23 }
第二个函数功能是，在头结点之后插入结点元素。函数有两个参数，第一个参数是：所要插入节点的链表指针，第二个参数是：插入节点中结构体成员中数据的数值。返回值为操作是否成功，若成功则返回0，若失败则返回-1。
首先要判断传参传入的链表指针是否为空，若为空说明是一个失败的链表，不能继续执行插入操作，因此返回-1，就此程序结束；若不为空则继续执行插入操作。在执行插入之前先要创建一个节点，节点的创建也需要申请动态内存管理空间，将动态内存申请的节点指针，赋予头结点的节点指针，头结点的节点指针赋予动态内存申请的指针，将参数传入的数据赋值给新创建的节点结构体中的成员，成员编号赋予0，表示头结点的下一个编号。由于每次调用这个函数，我们不能确定是第几次给头结点插入节点，因此节点的编号必然需要刷新，这样构建循环，在循环中让插入的节点的下一个节点依次自增1，使编号不会混乱。最后返回0值表明程序顺利执行。
1 int list_head_insert(linklist H,datatype x) 2 { 3 linklist P = NULL; 4 /* 判断传入的链表是否为空*/ 5 if(H == NULL) 6 { 7 printf("linklist H is NULL\n"); 8 return -1; 9 }else 10 { 11 /* 创建节点，动态内存*/ 12 P = (linklist)malloc(sizeof(listnode)); 13 if(P == NULL) 14 { 15 printf("no memory\n"); 16 return -1; 17 }else 18 { 19 /* 插入节点操作，直接赋值*/ 20 P -> next = H -> next; 21 H -> next = P; 22 P -> data = x; 23 P -> no = H -> no + 1; 24 /* 刷新各个节点的编号*/ 25 while(P -> next != NULL) 26 { 27 P -> next -> no ++; 28 P = P -> next; 29 } 30 return 0; 31 } 32 } 33 }
第三个函数的功能是，依据节点编号插入节点。函数有三个参数，第一个参数是：所要插入节点的链表指针；第二个参数是：所要插入节点的数据值；第三个参数是：所要插入节点在链表中的节点序号。返回值为操作是否成功，若成功则返回0，若失败则返回-1。
程序的开始依旧是判断传参传入的链表指针是否为空，若不为空，则继续执行，申请动态内存创建节点，首先要循环找到指定编号的指针的前一个指针（因为是单链表，所以没有反向的连接以进行灵活的赋值），然后新创建的节点指针赋予指定编号的前一个节点指针，指定编号的前一个节点指针赋予新创建的指针，之后便是成员赋值和刷新编号。
1 int list_pos_insert(linklist H,datatype x,int pos) 2 { 3 linklist P = NULL; 4 linklist Q = NULL; 5 /* 判断传入的链表指针是否为空*/ 6 if(H == NULL) 7 { 8 printf("linklist H is NULL\n"); 9 return -1; 10 }else 11 { 12 /* 创建新节点*/ 13 P = (linklist)malloc(sizeof(listnode)); 14 if(P == NULL) 15 { 16 printf("no memory\n"); 17 return -1; 18 }else 19 { 20 /* 找到指定编号的前一个节点*/ 21 Q = H; 22 while(Q -> next -> no != pos) 23 { 24 Q = Q -> next; 25 } 26 /* 插入操作*/ 27 P -> next = Q -> next; 28 Q -> next = P; 29 /* 成员赋值*/ 30 P -> data = x; 31 /* 刷新节点编号*/ 32 P -> no = pos; 33 while(P -> next != NULL) 34 { 35 P -> next -> no ++; 36 P = P -> next; 37 } 38 Q = NULL; 39 P = NULL; 40 return 0; 41 } 42 } 43 }
第四个和第五个函数功能分别是按值查找和按位查找，代码很简单，也没有复杂的刷新编号操作，在此就不再赘述。仅将代码陈述其下，以供参考。
1 int list_number_search(linklist H,datatype x) 2 { 3 linklist P = NULL; 4 if(H == NULL) 5 { 6 printf("linklist H is NULL\n"); 7 return -1; 8 }else 9 { 10 P = H; 11 while(P -> data != x) 12 { 13 P = P -> next; 14 } 15 return P -> no; 16 } 17 } 18 19 /*按位查找的返回值是指定节点编号的数据值*/ 20 int list_pos_search(linklist H,int pos) 21 { 22 linklist P = NULL; 23 if(H == NULL) 24 { 25 printf("linklist H is NULL\n"); 26 return -1; 27 }else 28 { 29 P = H; 30 while(P -> no != pos) 31 { 32 P = P -> next; 33 } 34 return P -> data; 35 } 36 }
第六个函数功能是，删除指定编号的节点。函数有两个参数，第一个参数是：要删除节点的链表的指针；第二个参数是：指定删除的节点编号。返回值是操作是否成功，若成功则返回0，若失败则返回-1。
第一步是要找到指定编号的节点前一个节点的指针。第二步指针赋值，第三部释放删除节点的动态内存空间，第四步刷新节点编号，第五步返回操作结果。
1 int list_delete(linklist H,int pos) 2 { 3 linklist P = NULL; 4 linklist Q = NULL; 5 /* 判断传入链表指针是否为空*/ 6 if(H == NULL) 7 { 8 printf("linklist H is NULL\n"); 9 return -1; 10 }else 11 { 12 /* 找到指定编号节点的前一个节点的指针*/ 13 P = H; 14 while(P -> next -> no != pos) 15 { 16 P = P -> next; 17 } 18 /* 删除操作*/ 19 Q = P -> next; 20 P -> next = Q -> next; 21 free(Q); 22 Q = NULL; 23 /* 刷新节点编号*/ 24 while(P -> next != NULL) 25 { 26 P -> next -> no --; 27 P = P -> next; 28 } 29 P = NULL; 30 return 0; 31 } 32 }
第七个函数功能是，将链表中的节点依次倒置。函数只有一个参数，就是传入待倒置的链表指针。返回值是操作是否成功，若成功则返回0，若失败则返回-1。
实现倒置的原理很简单，就是将链表一分为二，然后依次从头结点重新插入，这样便实现了倒置操作。着重提示的便是节点编号的刷新问题。
1 int list_invode(linklist H) 2 { 3 linklist P = NULL; 4 linklist Q = NULL; 5 /* 判断传入链表的指针是否为空*/ 6 if(H == NULL) 7 { 8 printf("linklist H is NULL\n"); 9 return -1; 10 }else 11 { 12 /* 将链表一分为二*/ 13 P = H -> next; 14 H -> next = NULL; 15 /* 依次从头结点插入节点*/ 16 while(P -> next != NULL) 17 { 18 Q = P -> next; 19 P -> next = H -> next; 20 H -> next = P; 21 P -> no = 0; 22 /* 刷新结点编号*/ 23 while(P -> next != NULL) 24 { 25 P -> next -> no ++; 26 P = P -> next; 27 } 28 P = Q; 29 } 30 /* 为最后一个节点补充插入操作*/ 31 P -> next = H -> next; 32 H -> next = P; 33 P -> no = 0; 34 while(P -> next != NULL) 35 { 36 P -> next -> no ++; 37 P = P -> next; 38 } 39 return 0; 40 } 41 }
第八个函数功能是，输出显示链表数据。函数只有一个参数，待显示数据的链表指针。返回值是操作结果是否成功，若成功则返回0，若失败则返回-1。
1 int list_show(linklist H) 2 { 3 linklist P = NULL; 4 /* 判断传入链表指针是否为空*/ 5 if(H == NULL) 6 { 7 printf("linklist H is NULL\n"); 8 return -1; 9 }else 10 { 11 /* 输出打印数值*/ 12 P = H -> next; 13 while(P != NULL) 14 { 15 printf("H -> data number %d is %d\n",P -> no,P -> data); 16 P = P -> next; 17 } 18 return 0; 19 } 20 }
以上便是linklist.c的文件内容，下面创建test.c的文件，用于测试函数的功能是否正确、完整。
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include "linklist.h" 4 int main() 5 { 6 linklist H = NULL; 7 /* 创建空链表*/ 8 H = list_create(); 9 /* 从头结点插入节点*/ 10 list_head_insert(H,10); 11 list_head_insert(H,20); 12 list_head_insert(H,30); 13 list_head_insert(H,40); 14 list_head_insert(H,50); 15 list_show(H); 16 printf("insert 2=========================\n"); 17 /* 插入操作演示*/ 18 list_pos_insert(H,99,2); 19 list_show(H); 20 printf("delete 2=========================\n"); 21 /* 删除操作演示*/ 22 list_delete(H,2); 23 list_show(H); 24 printf("invode===========================\n"); 25 /* 倒置操作演示*/ 26 list_invode(H); 27 list_show(H); 28 return 0; 29 }
之后便创建Makefile文件，进行编译。
1 CFLAGS=-c –Wall –g 2 test:linklist.o test.o 3 .PHONY:clean 4 clean: 5 rm *.o test
