数据结构（三）——单链表、单向循环链表

文章目录

• 一 单链表
• • 1.1 概念
  • 1.2 单链表的操作
  • • 1.2.1 定义结点结构体
    • 1.2.2 创建一个空的单链表
    • 1.2.3 头插法插入数据
    • 1.2.4 遍历单链表
    • 1.2.5 尾插法插入数据
    • 1.2.6 判断单链表是否为空
    • 1.2.7 头删法删除数据（返回删除的数据）
    • 1.2.8 按照数据修改数据
    • 1.2.9 按照位置查找数据
    • 1.2.10 按照数据查找位置
    • 1.2.11 按照位置插入数据
    • 1.2.12 直接插入排序
    • 练习：实现单链表的反转
    • 练习:单链表的整表删除
  • 1.3 整体代码
  • • 1.3.1 linklist.h
    • 1.3.2 linklist.c
    • 1.3.3 main.c
• 二 单向循环链表
• • 2.1 概念
  • 2.2 单向循环链表的操作
  • • 2.2.1 定义结点结构体
    • 2.2.2 创建空的单向循环链表
    • 2.2.3 插入数据
    • 2.2.4 遍历单向循环链表
    • 2.2.5 删除头结点
    • 2.2.6 去头结点遍历
  • 2.3 作业 joseph问题
  • 2.4 完整代码
  • • 2.4.1 looplist.h
    • 2.4.2 main.c
    • 2.4.3 looplist.c

一 单链表

1.1 概念

单链表：线性表的链式存储
线性表：一对一的关系
链式存储：不需要在内存中开辟一段连续的内存的空间，所以每一个数据不再是一个基本数据，而是由两部分组成，数据域和指针域，数据域保存数据，指针域保存下一个结点的地址。

单链表：就是单向链表，前者结点可以找到后者结点，但是后者无法找到前者。

1.2 单链表的操作

1.2.1 定义结点结构体

#ifndef _LINKLIST_H_
#define _LINKLIST_H_
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
//定义数据类型
typedef int DataType;
//定义结点结构体
typedef struct linklist
{
    DataType data; //数据域
    struct linklist *next; //指针域，为了能够操作后面结点
                            //所以指针的类型为当前结构体的类型
}linklist;

#endif

1.2.2 创建一个空的单链表

//创建一个空的单链表
linklist* LinkListCreate()
{
    //定义一个头结点，在堆区开辟空间
    linklist *head = (linklist *)malloc(sizeof(linklist));

    //初始化指针域标识为空
    head->next = NULL;
    return head;
}

1.2.3 头插法插入数据

//头插法插入数据
void LinkListInsertHead(linklist *head,DataType value)
{
    //开辟空间，分配一个新的结点
    linklist *tmp = (linklist *)malloc(sizeof(linklist));
    tmp->data = value;
    tmp->next = NULL;
    //将要插入的结点的指针域指向第一个结点
    //第一个结点的地址：head->next
    //新插入结点的指针域：tmp->next
    tmp->next = head->next;
    //头结点的指针域保存要插入的结点的地址
    //头结点的指针域：head->next
    //新插入结点的地址：tmp
    head->next = tmp;
    return;
}

1.2.4 遍历单链表

//遍历单链表
void LinkListPrint(linklist *head)
{
    //定义一个指针保存第一个结点的地址
    linklist *p = head->next;
    while(p != NULL)
    {
        //打印数据
        printf("%d ",p->data);
        //p指向下一个结点（p保存下一个结点的地址）
        p = p->next;
    }
    putchar(10);
}

1.2.5 尾插法插入数据

//尾插法插入数据
void LinkListInsertTail(linklist *head,DataType value)
{
    //申请空间，分配结点结构体
    linklist *tmp = (linklist *)malloc(sizeof(linklist));
    tmp->data = value;
    tmp->next = NULL;

    //找到最后一个结点
    linklist *p = head;
    while(p->next != NULL)
    {
        p = p->next;
    }
    //将新插入的结点保存在最后一个结点的后面
    p->next = tmp;
    //将新插入的结点的指针域指向NULL
    tmp->next = NULL;
    return;
}

1.2.6 判断单链表是否为空

//判断单链表是否为空
int LinkListIsEmpty(linklist *head)
{
    return head->next == NULL ? 1 : 0;
}

1.2.7 头删法删除数据（返回删除的数据）

//头删法，返回删除的数据
DataType LinkListDeleteHead(linklist *head)
{
    if(LinkListIsEmpty(head))
    {
        printf("删除失败，单链表为空！\n");
        return (DataType)-1;
    }

    DataType value = head->next->data;
    linklist *tmp = head->next;

    head->next = head->next->next;

    free(tmp);
    tmp = NULL;

    return value;
}

1.2.8 按照数据修改数据

void LinkListUpdate(linklist *head,DataType OldValue,DataType NewValue)
{
    if(LinkListIsEmpty(head))
    {
        printf("修改数据失败，链表为空");
        return;
    }
    linklist *p = head;
    int flags = 0;
    while(p->next != NULL)
    {
        p = p->next;
        if(p->data == OldValue)
        {
            p->data = NewValue;
            flags = 1;
        }
    }
    if(flags == 0)
    {
        printf("数据%d不存在，修改失败\n",OldValue);
    }
    return;
}

1.2.9 按照位置查找数据

//按照位置查找数据
DataType LinklistSearchData(linklist *head,int pos)
{
    if(LinkListIsEmpty(head))
    {
        printf("查找失败，链表为空！\n");
    }
    if(pos < 1)
    {
        printf("位置有误！\n");
    }
    linklist *p = head;
    int i;
    for(i = 1; i <= pos;i++)
    {
        if(p == NULL)
        {
            printf("输入位置有误！\n");
            return (DataType)-1;
        }
        p = p->next;
    }
    return p->data;
}

1.2.10 按照数据查找位置

//按照数据查找位置
int LinkListSearchPos(linklist *head,DataType value)
{
    if(LinkListIsEmpty(head))
    {
        printf("查找位置失败，链表为空！\n");
        return (DataType)-1;
    }
    linklist *p = head;
    int pos = 0;
    while(p->next != NULL)
    {
        p = p->next;
        pos++;
        if(p->data == value)
        {
            return pos;
        }
    }
    printf("查找位置失败！\n");
    return (DataType)-1;

}

1.2.11 按照位置插入数据

//按照位置插入数据
void LinkListInsertByPos(linklist *head,int pos,DataType value)
{
    if(pos < 1)
    {
        printf("按照位置插入数据有误");
        return;
    }
    linklist *tmp = (linklist *)malloc(sizeof(linklist));
    tmp->data = value;
    tmp->next = NULL;

    if(LinkListIsEmpty(head))
    {
        tmp->next = head->next;
        head->next = tmp;
    }
    else
    {
        int i;
        linklist *p = head;
        for(i = 0 ; i < pos ;i++)
        {
            if(p->next == NULL)
            {
                printf("位置有误！\n");
                return;
            }
            p = p->next;
        }
        tmp->next = p->next;
        p->next = tmp;
    }
}

1.2.12 直接插入排序

//直接插入排序
void LinkListInsertSort(linklist *head,DataType value)
{
    linklist *tmp = (linklist *)malloc(sizeof(linklist));
    tmp->data = value;
    tmp->next = NULL;
    linklist *p = head;
    while(p->next != NULL && p->next->data < tmp->data)
    {
        p = p->next;
    }
    tmp->next = p->next;
    p->next = tmp;
}

练习：实现单链表的反转

h1: 10->20->30->40->NULL
…
h2:40->30->20->10->NULL

//单链表翻转
void LinkListReverse(linklist *head)
{
    if(LinkListIsEmpty(head))
    {
        printf("链表为空，无需翻转！\n");
        return;
    }
    linklist *h1 = LinkListCreate();
    linklist *p = head;
    DataType value;
    while(p->next != NULL)
    {
        value = LinkListDeleteHead(head);
        LinkListInsertHead(h1,value);
    }
    head->next= h1->next;
}

//单链表翻转2
void LinkListReverse2(linklist *head)
{
    if(LinkListIsEmpty(head))
    {
        printf("链表为空，无需翻转！\n");
        return;
    }
    //定义两个指针变量来执行链表的翻转
    linklist *p = NULL, *q = NULL;
    //p指针保存第一个结点的地址
    p = head->next;
    //头结点指向NULL
    head->next = NULL;
    while(p != NULL)
    {
        //q指针保存p指向的结点的地址
        q = p;
        p = p->next;
        //头插法将q插入到head链表中
        q->next = head->next;
        head->next = q;
    }
}

练习:单链表的整表删除

//单链表的整表删除
void LinkListClear(linklist *head)
{
    linklist *p = NULL,*q = NULL;
    p = head->next;
    while(p != NULL)
    {
        q = p->next;
        free(p);
        p = q;
    }
    head->next = NULL;
}

1.3 整体代码

1.3.1 linklist.h

//头文件
#ifndef _LINKLIST_H_
#define _LINKLIST_H_
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
//定义数据类型
typedef int DataType;
//定义结点结构体
typedef struct linklist
{
    DataType data; //数据域
    struct linklist *next; //指针域，为了能够操作后面结点
                            //所以指针的类型为当前结构体的类型
}linklist;
//创建一个空的单链表
linklist* LinkListCreate();
//头插法插入数据
void LinkListInsertHead(linklist *head,DataType value);
//遍历单链表
void LinkListPrint(linklist *head);
//尾插法插入数据
void LinkListInsertTail(linklist *head,DataType value);
//判断单链表是否为空
int LinkListIsEmpty(linklist *head);
//头删法，返回删除的数据
DataType LinkListDeleteHead(linklist *head);
//按照数据修改数据
void LinkListUpdate(linklist *head,DataType OldValue,DataType NewValue);
//按照位置查找数据
DataType LinklistSearchData(linklist *head,int pos);
//按照数据查找位置
int LinkListSearchPos(linklist *head,DataType value);
//按照位置插入数据
void LinkListInsertByPos(linklist *head,int pos,DataType value);
//直接插入排序
void LinkListInsertSort(linklist *head,DataType value);
//单链表翻转
void LinkListReverse(linklist *head);
//单链表翻转2
void LinkListReverse2(linklist *head);
//单链表的整表删除
void LinkListClear(linklist *head);
#endif

1.3.2 linklist.c

//功能函数
#include "linklist.h"


//创建一个空的单链表
linklist* LinkListCreate()
{
    //定义一个头结点，在堆区开辟空间
    linklist *head = (linklist *)malloc(sizeof(linklist));


    //初始化指针域标识为空
    head->next = NULL;
    return head;
}
//头插法插入数据
void LinkListInsertHead(linklist *head,DataType value)
{
    //开辟空间，分配一个新的结点
    linklist *tmp = (linklist *)malloc(sizeof(linklist));
    tmp->data = value;
    tmp->next = NULL;
    //将要插入的结点的指针域指向第一个结点
    //第一个结点的地址：head->next
    //新插入结点的指针域：tmp->next
    tmp->next = head->next;
    //头结点的指针域保存要插入的结点的地址
    //头结点的指针域：head->next
    //新插入结点的地址：tmp
    head->next = tmp;
    return;
}
//遍历单链表
void LinkListPrint(linklist *head)
{
    //定义一个指针保存第一个结点的地址
    linklist *p = head->next;
    while(p != NULL)
    {
        //打印数据
        printf("%d ",p->data);
        //p指向下一个结点（p保存下一个结点的地址）
        p = p->next;
    }
    putchar(10);
}
//尾插法插入数据
void LinkListInsertTail(linklist *head,DataType value)
{
    //申请空间，分配结点结构体
    linklist *tmp = (linklist *)malloc(sizeof(linklist));
    tmp->data = value;
    tmp->next = NULL;


    //找到最后一个结点
    linklist *p = head;
    while(p->next != NULL)
    {
        p = p->next;
    }
    //将新插入的结点保存在最后一个结点的后面
    p->next = tmp;
    //将新插入的结点的指针域指向NULL
    tmp->next = NULL;
    return;
}
//判断单链表是否为空
int LinkListIsEmpty(linklist *head)
{
    return head->next == NULL ? 1 : 0;
}
//头删法，返回删除的数据
DataType LinkListDeleteHead(linklist *head)
{
    if(LinkListIsEmpty(head))
    {
        printf("删除失败，单链表为空！\n");
        return (DataType)-1;
    }


    DataType value = head->next->data;
    linklist *tmp = head->next;


    head->next = head->next->next;


    free(tmp);
    tmp = NULL;


    return value;
}
//按照数据修改数据
void LinkListUpdate(linklist *head,DataType OldValue,DataType NewValue)
{
    if(LinkListIsEmpty(head))
    {
        printf("修改数据失败，链表为空");
        return;
    }
    linklist *p = head;
    int flags = 0;
    while(p->next != NULL)
    {
        p = p->next;
        if(p->data == OldValue)
        {
            p->data = NewValue;
            flags = 1;
        }
    }
    if(flags == 0)
    {
        printf("数据%d不存在，修改失败\n",OldValue);
    }
    return;
}
//按照位置查找数据
DataType LinklistSearchData(linklist *head,int pos)
{
    if(LinkListIsEmpty(head))
    {
        printf("查找失败，链表为空！\n");
    }
    if(pos < 1)
    {
        printf("位置有误！\n");
    }
    linklist *p = head;
    int i;
    for(i = 1; i <= pos;i++)
    {
        if(p == NULL)
        {
            printf("输入位置有误！\n");
            return (DataType)-1;
        }
        p = p->next;
    }
    return p->data;
}
//按照数据查找位置
int LinkListSearchPos(linklist *head,DataType value)
{
    if(LinkListIsEmpty(head))
    {
        printf("查找位置失败，链表为空！\n");
        return (DataType)-1;
    }
    linklist *p = head;
    int pos = 0;
    while(p->next != NULL)
    {
        p = p->next;
        pos++;
        if(p->data == value)
        {
            return pos;
        }
    }
    printf("查找位置失败！\n");
    return (DataType)-1;


}
//按照位置插入数据
void LinkListInsertByPos(linklist *head,int pos,DataType value)
{
    if(pos < 1)
    {
        printf("按照位置插入数据有误");
        return;
    }
    linklist *tmp = (linklist *)malloc(sizeof(linklist));
    tmp->data = value;
    tmp->next = NULL;


    if(LinkListIsEmpty(head))
    {
        tmp->next = head->next;
        head->next = tmp;
    }
    else
    {
        int i;
        linklist *p = head;
        for(i = 0 ; i < pos ;i++)
        {
            if(p->next == NULL)
            {
                printf("位置有误！\n");
                return;
            }
            p = p->next;
        }
        tmp->next = p->next;
        p->next = tmp;
    }
}
//直接插入排序
void LinkListInsertSort(linklist *head,DataType value)
{
    linklist *tmp = (linklist *)malloc(sizeof(linklist));
    tmp->data = value;
    tmp->next = NULL;
    linklist *p = head;
    while(p->next != NULL && p->next->data < tmp->data)
    {
        p = p->next;
    }
    tmp->next = p->next;
    p->next = tmp;
}
//单链表翻转
void LinkListReverse(linklist *head)
{
    if(LinkListIsEmpty(head))
    {
        printf("链表为空，无需翻转！\n");
        return;
    }
    linklist *h1 = LinkListCreate();
    linklist *p = head;
    DataType value;
    while(p->next != NULL)
    {
        value = LinkListDeleteHead(head);
        LinkListInsertHead(h1,value);
    }
    head->next= h1->next;
}
//单链表翻转2
void LinkListReverse2(linklist *head)
{
    if(LinkListIsEmpty(head))
    {
        printf("链表为空，无需翻转！\n");
        return;
    }
    //定义两个指针变量来执行链表的翻转
    linklist *p = NULL, *q = NULL;
    //p指针保存第一个结点的地址
    p = head->next;
    //头结点指向NULL
    head->next = NULL;
    while(p != NULL)
    {
        //q指针保存p指向的结点的地址
        q = p;
        p = p->next;
        //头插法将q插入到head链表中
        q->next = head->next;
        head->next = q;
    }
}
//单链表的整表删除
void LinkListClear(linklist *head)
{
    linklist *p = NULL,*q = NULL;
    p = head->next;
    while(p != NULL)
    {
        q = p->next;
        free(p);
        p = q;
    }
    head->next = NULL;
}

1.3.3 main.c

//main.c
#include "linklist.h"
int main(int argc, char const *argv[])
{
    linklist *head = LinkListCreate();
    int i;
    for(i= 0 ; i < 10;i++)
    {
        LinkListInsertHead(head,i + 1);
    }
    LinkListPrint(head);
    for(; i < 20;i++)
    {
        LinkListInsertTail(head,i + 1);
    }
    LinkListPrint(head);
    for(i = 0 ; i < 5;i++)
    {
        LinkListDeleteHead(head);
    }
    LinkListPrint(head);


    LinkListUpdate(head,11,999);
    LinkListPrint(head);
    printf("位置4的数据为%d\n",LinklistSearchData(head,4));
    printf("数据为999的位置为%d\n",LinkListSearchPos(head,9999));


    LinkListInsertByPos(head,3,777);
    LinkListPrint(head);
    LinkListInsertSort(head,9);
    LinkListInsertSort(head,188);
    LinkListInsertSort(head,12);
    LinkListInsertSort(head,0);
    LinkListInsertSort(head,6);
    LinkListPrint(head);
    LinkListReverse(head);
    LinkListPrint(head);
    LinkListReverse2(head);
    LinkListPrint(head);
    LinkListClear(head);
    LinkListInsertSort(head,9);
    LinkListInsertSort(head,188);
    LinkListInsertSort(head,12);
    LinkListInsertSort(head,0);
    LinkListInsertSort(head,6);
    LinkListPrint(head);
    return 0;
}

二 单向循环链表

2.1 概念

2.2 单向循环链表的操作

定义结点结构体
创建一个空的单向循环链表
插入数据
打印数据
删除头结点
打印数据

2.2.1 定义结点结构体

//定义数据类型
typedef int DataType;
//定义结点结构体
typedef struct looplist
{
    DataType data;
    struct looplist *next;
    
}looplist;

2.2.2 创建空的单向循环链表

//创建一个空的单向循环链表
looplist* LoopListCreate()
{
    looplist *head = (looplist *)malloc(sizeof(looplist));
    //初始状态就为循环
    //头结点的指针域保存头结点的地址
    head->next = head;
    return head;
}

2.2.3 插入数据

//插入数据
void LoopListInsert(looplist *head,DataType value)
{
    looplist *tmp = (looplist *)malloc(sizeof(looplist));
    tmp->next = NULL;
    tmp->data = value;

    tmp->next = head->next;
    head->next = tmp;
    return;

}

2.2.4 遍历单向循环链表

//遍历单向循环链表
void LoopListPrint(looplist *head)
{
    looplist *p = head;
    while(p->next != head)
    {
        p = p->next;
        printf("%d ",p->data);
    }
    putchar(10);
}

2.2.5 删除头结点

//删除头结点
looplist* LoopListCutHead(looplist *head)
{
    looplist *p = head;
    while(p->next != head)
    {
        p = p->next;
    }
    p->next = head->next;
    free(head);
    head = NULL;
    return p->next;
}

2.2.6 去头结点遍历

//去头结点遍历单向循环链表
void LoopListPrint2(looplist *head)
{
    looplist *p = head;
    while(p->next != head)
    {
        printf("%d ",p->data);
        p = p->next;
    }
    printf("%d\n",p->data);
}

2.3 作业 joseph问题

设编号分别为：1，2…n个人围成一圈，约定序号为k（1 <=k<=n）的人从头开始计数，数到m的人出列，他的下一位又从1开始计数，数到m的人又出列，依次类推，直到所有人出列为止
例如：n = 8,k = 3,m = 4

void Joseph(int n,int k,int m)
{
    if(n < k || n < m)
    {
        printf("k或者M输入有误！,k = %d,m = %d\n",k,m);
        return;
    }
    //创建一个空的单向循环链表
    looplist *h1 = LoopListCreate();
    int i;
    for(i = n ; i >=1;i--)
    {
        LoopListInsert(h1,i);
    }
    h1 = LoopListCutHead(h1);
    LoopListPrint2(h1);
    //找到编号为k的人
    for(i = 1; i < k;i++)
    {
        h1 = h1->next;
    }
    //循环删除数到m的那个结点
    looplist *tmp = NULL;
    while(h1->next != h1)
    {
        //为了删除指定的结点，所以h1指针保存数到m-1的结点
        for(i = 1; i < m-1;i++)
        {
            h1 = h1->next;
        }
        //删除h1后面的结点
        tmp = h1->next;
        h1->next = tmp->next;
        printf("%d ",tmp->data);
        free(tmp);
        tmp = NULL;
        //从下一个结点开始数数
        h1 = h1->next;
    }
    printf("%d\n",h1->data);
    free(h1);
    h1 = NULL;
    return;
}

2.4 完整代码

2.4.1 looplist.h

#ifndef _LOOPLIST_H_
#define _LOOPLIST_H_

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
//定义数据类型
typedef int DataType;
//定义结点结构体
typedef struct looplist
{
    DataType data;
    struct looplist *next;
    
}looplist;
//创建一个空的单向循环链表
looplist* LoopListCreate();
//插入数据
void LoopListInsert(looplist *head,DataType value);
//遍历单链表
void LoopListPrint(looplist *head);
//删除头结点
looplist* LoopListCutHead(looplist *head);
//去头结点遍历单向循环链表
void LoopListPrint2(looplist *head);
#endif

2.4.2 main.c

//main.c
#include "looplist.h"
int main(int argc, char const *argv[])
{
    looplist *head = LoopListCreate();
    int i;
    for(i = 0 ; i < 10;i++)
    {
        LoopListInsert(head,i + 1);
    }
    LoopListPrint(head);
    head = LoopListCutHead(head);
    LoopListPrint2(head);
    return 0;
}

2.4.3 looplist.c

//looplist.c
#include "looplist.h"
//创建一个空的单向循环链表
looplist* LoopListCreate()
{
    looplist *head = (looplist *)malloc(sizeof(looplist));
    //初始状态就为循环
    //头结点的指针域保存头结点的地址
    head->next = head;
    return head;
}
//插入数据
void LoopListInsert(looplist *head,DataType value)
{
    looplist *tmp = (looplist *)malloc(sizeof(looplist));
    tmp->next = NULL;
    tmp->data = value;

    tmp->next = head->next;
    head->next = tmp;
    return;

}
//遍历单向循环链表
void LoopListPrint(looplist *head)
{
    looplist *p = head;
    while(p->next != head)
    {
        p = p->next;
        printf("%d ",p->data);
    }
    putchar(10);
}
//删除头结点
looplist* LoopListCutHead(looplist *head)
{
    looplist *p = head;
    while(p->next != head)
    {
        p = p->next;
    }
    p->next = head->next;
    free(head);
    head = NULL;
    return p->next;
}
//去头结点遍历单向循环链表
void LoopListPrint2(looplist *head)
{
    looplist *p = head;
    while(p->next != head)
    {
        printf("%d ",p->data);
        p = p->next;
    }
    printf("%d\n",p->data);
}