线性表--单向链表

链表也是大家耳熟能详的一种数据结构，与顺序表最大的不同就是链表，并不需要预先申请空间，而是随用随申请，随删隋释放，数据间通过"一条链"连起来,自然每个存储位置上除了数据外还需要记录他下一个数据的位置，这就是单向链表，如果不仅记录了下一个位置还记录了上一个的位置，就是双向链表

他的存，取，改的时间性能都是On的
插入，删除的时间性能开销为On，实际上插入的操作是O1的，但是插入前的查找是On的

• 优点： 不需要事前开辟存储空间，只要操作正确，不会造成存储碎片的产生
• 缺点： 操作起来比顺序表复杂一点

链表的抽象数据类型定义如下:

• Initlist(*L) :福初始化操作， 建立一个空的线性表L。
• ListEmpty(L) :若线性表为空，返回true,否则返回false。
• ClearList (*L) :将线性表清空。
• GetElem(L,i,*e) :将线性表L中的第i个位置元素值返回给e。
• SetElem(L,i,*e) :将线性表L中的第i个位置元素值设置为e。
• LocateElem(L,e) :在线性表L中查找与给定值e相等的元素，如果查找成功，返回
• 该元素在表中序号表示成功;否则，返回0表示失败。
• ListInsert (*L,i,e) :在线性表L中的第i个位置插入新元素e。
• ListDelete(L,i,e) :删除线性表L中第i个位置元素，并用e返回其值。
• ListLength (L) :返回线性表L的元素个数。

#include "stdio.h"
#include "string.h"
#include "ctype.h"
#include "stdlib.h"
#include "math.h"
#include "time.h"

#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0

#define MAXSIZE 20 /* 存储空间初始分配量 */

typedef int Status;   /* Status是函数的类型,其值是函数结果状态代码，如OK等 */
typedef int ElemType; /* ElemType类型根据实际情况而定，这里假设为int */

Status visit(ElemType c)
{
    printf("%d ", c);
    return OK;
}

typedef struct Node
{
    ElemType data;
    struct Node *next;
} Node;
typedef struct Node LinkList; /* 定义LinkList */

/* 初始化顺序线性表 */
LinkList *InitList()
{
    LinkList *L = (LinkList *)malloc(sizeof(Node)); /* 产生头结点,并使L指向此头结点 */
    if (!(L))                                       /* 存储分配失败 */
        return ERROR;
    L->next = NULL; /* 指针域为空 */

    return L;
}

/* 初始条件：顺序线性表L已存在。操作结果：若L为空表，则返回TRUE，否则返回FALSE */
Status ListEmpty(LinkList *L)
{
    if (L->next)
        return FALSE;
    else
        return TRUE;
}

/* 初始条件：顺序线性表L已存在。操作结果：将L重置为空表 */
Status ClearList(LinkList *L)
{
    LinkList *p, *q;
    p = L->next; /*  p指向第一个结点 */
    while (p)    /*  没到表尾 */
    {
        q = p->next;
        free(p);
        p = q;
    }
    L->next = NULL; /* 头结点指针域为空 */
    return OK;
}

/* 初始条件：顺序线性表L已存在。操作结果：返回L中数据元素个数 */
int ListLength(LinkList *L)
{
    int i = 0;
    LinkList *p = L->next; /* p指向第一个结点 */
    while (p)
    {
        i++;
        p = p->next;
    }
    return i;
}

/* 初始条件：顺序线性表L已存在，1≤i≤ListLength(L) */
/* 操作结果：用e返回L中第i个数据元素的值 */
Status GetElem(LinkList *L, int i, ElemType *e)
{
    int j;
    LinkList *p;       /* 声明一结点p */
    p = L->next;       /* 让p指向链表L的第一个结点 */
    j = 1;             /*  j为计数器 */
    while (p && j < i) /* p不为空或者计数器j还没有等于i时，循环继续 */
    {
        p = p->next; /* 让p指向下一个结点 */
        ++j;
    }
    if (!p || j > i)
        return ERROR; /*  第i个元素不存在 */
    *e = p->data;     /*  取第i个元素的数据 */
    return OK;
}

/* 初始条件：顺序线性表L已存在，1≤i≤ListLength(L) */
/* 操作结果：用e设置L中第i个数据元素的值 */
Status SetElem(LinkList *L, int i, ElemType *e)
{
    int j;
    LinkList *p;       /* 声明一结点p */
    p = L->next;       /* 让p指向链表L的第一个结点 */
    j = 1;             /*  j为计数器 */
    while (p && j < i) /* p不为空或者计数器j还没有等于i时，循环继续 */
    {
        p = p->next; /* 让p指向下一个结点 */
        ++j;
    }
    if (!p || j > i)
        return ERROR; /*  第i个元素不存在 */
    p->data = *e;     /*  设置第i个元素的数据 */
    return OK;
}

/* 初始条件：顺序线性表L已存在 */
/* 操作结果：返回L中第1个与e满足关系的数据元素的位序。 */
/* 若这样的数据元素不存在，则返回值为0 */
int LocateElem(LinkList *L, ElemType e)
{
    int i = 0;
    LinkList *p = L->next;
    while (p)
    {
        i++;
        if (p->data == e) /* 找到这样的数据元素 */
            return i;
        p = p->next;
    }

    return 0;
}

/* 初始条件：顺序线性表L已存在,1≤i≤ListLength(L)， */
/* 操作结果：在L中第i个位置之前插入新的数据元素e，L的长度加1 */
Status ListInsert(LinkList *L, int i, ElemType e)
{
    int j;
    LinkList *p, *s;
    p = L;
    j = 1;
    while (p && j < i) /* 寻找第i个结点 */
    {
        p = p->next;
        ++j;
    }
    if (!p || j > i)
        return ERROR;                     /* 第i个元素不存在 */
    s = (LinkList *)malloc(sizeof(Node)); /*  生成新结点(C语言标准函数) */
    s->data = e;
    s->next = p->next; /* 将p的后继结点赋值给s的后继  */
    p->next = s;       /* 将s赋值给p的后继 */
    return OK;
}

/* 初始条件：顺序线性表L已存在，1≤i≤ListLength(L) */
/* 操作结果：删除L的第i个数据元素，并用e返回其值，L的长度减1 */
Status ListDelete(LinkList *L, int i, ElemType *e)
{
    int j;
    LinkList *p, *q;
    p = L;
    j = 1;
    while (p->next && j < i) /* 遍历寻找第i个元素 */
    {
        p = p->next;
        ++j;
    }
    if (!(p->next) || j > i)
        return ERROR; /* 第i个元素不存在 */
    q = p->next;
    p->next = q->next; /* 将q的后继赋值给p的后继 */
    *e = q->data;      /* 将q结点中的数据给e */
    free(q);           /* 让系统回收此结点，释放内存 */
    return OK;
}

/* 初始条件：顺序线性表L已存在 */
/* 操作结果：依次对L的每个数据元素输出 */
Status ListTraverse(LinkList *L)
{
    LinkList *p = L->next;
    while (p)
    {
        visit(p->data);
        p = p->next;
    }
    printf("\n");
    return OK;
}

/*  随机产生n个元素的值，建立带表头结点的单链线性表L（头插法） */
LinkList *CreateListHead(int n)
{
    LinkList *L, *p;
    int i;
    srand(time(0)); /* 初始化随机数种子 */
    L = (LinkList *)malloc(sizeof(Node));
    L->next = NULL; /*  先建立一个带头结点的单链表 */
    for (i = 0; i < n; i++)
    {
        p = (LinkList *)malloc(sizeof(Node)); /*  生成新结点 */
        p->data = rand() % 100 + 1;           /*  随机生成100以内的数字 */
        p->next = L->next;
        L->next = p; /*  插入到表头 */
    }
    return L;
}

/*  随机产生n个元素的值，建立带表头结点的单链线性表L（尾插法） */
LinkList *CreateListTail(int n)
{
    LinkList *L, *p, *r;
    int i;
    srand(time(0));                       /* 初始化随机数种子 */
    L = (LinkList *)malloc(sizeof(Node)); /* L为整个线性表 */
    r = L;                                /* r为指向尾部的结点 */
    for (i = 0; i < n; i++)
    {
        p = (Node *)malloc(sizeof(Node)); /*  生成新结点 */
        p->data = rand() % 100 + 1;       /*  随机生成100以内的数字 */
        r->next = p;                      /* 将表尾终端结点的指针指向新结点 */
        r = p;                            /* 将当前的新结点定义为表尾终端结点 */
    }
    r->next = NULL; /* 表示当前链表结束 */
    return L;
}

int main()
{
    LinkList *L = NULL;
    ElemType e;
    Status i;
    int j, k;
    L = InitList();
    printf("初始化L后：ListLength(L)=%d\n", ListLength(L));
    for (j = 1; j <= 5; j++)
        i = ListInsert(L, 1, j);
    printf("在L的表头依次插入1～5后：L.data=");
    ListTraverse(L);

    printf("ListLength(L)=%d \n", ListLength(L));
    i = ListEmpty(L);
    printf("L是否空：i=%d(1:是 0:否)\n", i);

    i = ClearList(L);
    printf("清空L后：ListLength(L)=%d\n", ListLength(L));
    i = ListEmpty(L);
    printf("L是否空：i=%d(1:是 0:否)\n", i);

    for (j = 1; j <= 10; j++)
        ListInsert(L, j, j);
    printf("在L的表尾依次插入1～10后：L.data=");
    ListTraverse(L);

    printf("ListLength(L)=%d \n", ListLength(L));

    ListInsert(L, 1, 0);
    printf("在L的表头插入0后：L.data=");
    ListTraverse(L);
    printf("ListLength(L)=%d \n", ListLength(L));

    GetElem(L, 5, &e);
    printf("第5个元素的值为：%d\n", e);
    for (j = 3; j <= 4; j++)
    {
        k = LocateElem(L, j);
        if (k)
            printf("第%d个元素的值为%d\n", k, j);
        else
            printf("没有值为%d的元素\n", j);
    }

    k = ListLength(L); /* k为表长 */
    for (j = k + 1; j >= k; j--)
    {
        i = ListDelete(L, j, &e); /* 删除第j个数据 */
        if (i == ERROR)
            printf("删除第%d个数据失败\n", j);
        else
            printf("删除第%d个的元素值为：%d\n", j, e);
    }
    printf("依次输出L的元素：");
    ListTraverse(L);

    j = 5;
    ListDelete(L, j, &e); /* 删除第5个数据 */
    printf("删除第%d个的元素值为：%d\n", j, e);

    printf("依次输出L的元素：");
    ListTraverse(L);

    i = ClearList(L);
    printf("\n清空L后：ListLength(L)=%d\n", ListLength(L));
    L = CreateListHead(20);
    printf("整体创建L的元素(头插法)：");
    ListTraverse(L);

    i = ClearList(L);
    printf("\n删除L后：ListLength(L)=%d\n", ListLength(L));
    L = CreateListTail(20);
    printf("整体创建L的元素(尾插法)：");
    ListTraverse(L);

    return 0;
}

测试

./LinkList
初始化L后：ListLength(L)=0
在L的表头依次插入1～5后：L.data=5 4 3 2 1 
ListLength(L)=5 
L是否空：i=0(1:是 0:否)
清空L后：ListLength(L)=0
L是否空：i=1(1:是 0:否)
在L的表尾依次插入1～10后：L.data=1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 
ListLength(L)=10 
在L的表头插入0后：L.data=0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 
ListLength(L)=11 
第5个元素的值为：4
第4个元素的值为3
第5个元素的值为4
删除第12个数据失败
删除第11个的元素值为：10
依次输出L的元素：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 
删除第5个的元素值为：4
依次输出L的元素：0 1 2 3 5 6 7 8 9 

清空L后：ListLength(L)=0
整体创建L的元素(头插法)：86 87 89 9 39 26 72 5 63 92 14 9 74 54 46 52 11 63 7 45 

删除L后：ListLength(L)=0
整体创建L的元素(尾插法)：45 7 63 11 52 46 54 74 9 14 92 63 5 72 26 39 9 89 87 86