数据结构_链表_单链表理论（基于C语言实现）

声明: 本文以轩哥大佬所讲述笔记为基础并结合多方资料所写

2024年4月22日 更新中

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链表的原理与应用

顺序表的优点：

  • 由于顺序表数据元素的内存地址都是连续的，所以可以实现随机访问，而且不需要多余的信息来描述相关的数据，所以存储密度高。

顺序表的缺点：

  • 顺序表的数据在进行增删的时候，需要移动成片的内存，另外，当数据元素的数量较多的时候，需要申请一块较大的连续的内存，同时当数据元素的数量的改变比较剧烈，顺序表不灵活。

链式存储的线性表

链式存储指的是采用离散的内存单元来存储数据元素，用户需要使用某种方式把所有的数据元素连接起来，这样就可以变为链式线性表，简称为链表，链表可以高效的使用碎片化内存。

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顺序表和链式表的区别：

顺序表使用连续的内存，链式表使用离散的内存空间。

用户如何访问链表中的某个元素?

由于链表中的每个数据元素的地址是不固定的，所以每个数据元素都应该使用一个指针指向直接后继的内存地址，当然最后一个数据元素没有直接后继，所以最后一个数据元素指向NULL即可，作为用户只需要知道第一个数据元素的内存地址，就可以访问后继元素了。

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注意：如果采用链式存储，则线性表中每一个数据元素除了存储自身数据之外，还需要额外存储直接后继的地址，所以链表中的每一个数据元素都是由两部分组成：存储自身数据的部分被称为数据域，存储直接后继地址的部分被称为指针域，数据域和指针域组成的数据元素被称为结点（Node）。

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链表的使用流程

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链表分类

根据链表的结点的指针域的数量以及根据链表的首尾是否相连，把链式线性表分为以下几种：单向链表、单向循环链表、双向链表、双向循环链表、内核链表。这几种链表的使用规则差不多，只不过指针域数量不同。

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上图就是最简单的单向链表的内部结构，可以看到每一个结点都保存了一个地址，每个地址都是逻辑上相邻的下一个结点的地址，只不过末尾结点的指针指向NULL。

另外注意：可以看到链表中是有一个头指针的，头指针只指向第一个元素的地址，想要访问链表中的某个元素只需要通过头指针即可。

思考：使用顺序表的时候需要创建一个管理结构体来管理顺序表，请问链表需不需要创建???

回答：可以根据用户的需要来选择，一般把链表分为两种：一种是不带头结点的链表，一种是带头结点的链表，头结点指的是管理结构体，只不过头结点只存储第一个元素的内存地址，头结点并不存储有效数据，头结点的意义只是为了方便管理链表。

(1) 不带头结点的链表

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(2) 附带头结点的链表

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可以知道，头指针是必须的，因为通过头指针才可以访问链表的元素，头结点是可选的，只是为了方便管理链表而已。

链表结点

注意：在链表中，还有两个专业名称，一个是首结点，一个是尾结点，三者之前的区别如下：

A. 头结点：是不存储有效数据的，只存储第一个数据元素的地址，头指针只指向头结点。

B. 首结点：是存储有效数据的，也存储直接后继的内存地址，首结点就是第一个结点，首结点是唯一一个只指向别的结点，不被别的结点指向的结点。

C. 尾结点：是存储有效数据的，尾结点就是链表的最后一个结点，所以尾结点中存储的地址一般指向NULL，尾结点是唯一一个只被别的结点指向，不能指向别的结点的结点。

构造头结点的数据类型以及构造有效结点

为了方便管理单向链表，所以需要构造头结点的数据类型以及构造有效结点的数据类型，如下：

构造链表的结点

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//DataType_t指的是单向链表中的结点有效数据类型，用户可以根据需要进行修改
typedef int  DataType_t;

//构造链表的结点,链表中所有结点的数据类型应该是相同的
typedef struct LinkedList
{
	DataType_t  		 data; //结点的数据域
	struct LinkedList	*next; //结点的指针域, 存放下一个结点的地址
}LList_t;

创建一个空链表(仅头结点)

(1) 创建一个空链表，由于是使用头结点，所以就需要申请头结点的堆内存并初始化即可。

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//创建一个空链表，空链表应该有一个头结点，对链表进行初始化
LList_t * LList_Create(void)
{
	//1.创建一个头结点并对头结点申请内存, 只申请一个节点大小, calloc会初始化为0
	LList_t *Head = (LList_t *)calloc(1,sizeof(LList_t));
	//错误处理
    if (NULL == Head)
	{
		perror("Calloc memory for Head is Failed");
		exit(-1);
	}
    
	//2.对头结点进行初始化，头结点是不存储有效内容的！！！
	Head->next = NULL;
    
	//3.把头结点的地址返回即可
	return Head;
}

创建一个新结点

(2) 创建一个新结点，并为新结点申请堆内存以及对新结点的数据域和指针域进行初始化。

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//创建新的结点，并对新结点进行初始化（数据域 + 指针域）
LList_t * LList_NewNode(DataType_t data)
{
	//1.创建一个新结点并对新结点申请内存
	LList_t *New = (LList_t *)calloc(1,sizeof(LList_t));
	if (NULL == New)
	{
		perror("Calloc memory for NewNode is Failed");
		return NULL;
	}

	//2.对新结点的数据域和指针域进行初始化
	New->data = data;
	New->next = NULL;

	return New;
}

将新结点插入链表

一定要先链接再 增加/删除

(3) 根据情况把新结点插入到链表中，此时可以分为尾部插入、头部插入、指定位置插入。

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头插法

/**
  * @function name:	LList_HeadInsert
  * @brief  单链表中的头插法
  * @param  @Head:头指针
  		   @data:要插入的数据
  * @retval true插入成功 false插入失败, 申请内存失败
  */
bool LList_HeadInsert(LList_t *Head,DataType_t data)
{
	//1.创建新的结点，并对新结点进行初始化
	LList_t *New = LList_NewNode(data);
	if (NULL == New)
	{
		printf("can not insert new node\n");
		return false;
	}

	//2.判断链表是否为空，如果为空，则直接插入即可
	if (NULL == Head->next)
	{
		Head->next = New;
		return true;
	}

	//3.如果链表为非空，则把新结点插入到链表的头部
	New->next  = Head->next;
	Head->next = New;

	return true;
}

指定位置插入

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/**
  * @function name:	LList_DestInsert
  * @brief  单链表中的指定元素后插入
  * @param  @Head: 头指针
  		   @dest: 要查找的结点
  		   @data: 要插入的数据
  * @retval true插入成功 false插入失败
  */

bool LList_DestInsert(LList_t *Head,DataType_t dest,DataType_t data)
{
	//指向首节点
	LList_t *Phead = Head->next;
    
    //1.遍历, 先找到目标结点
    while(NULL != Phead && dest != Phead->data)//查找data值为dest的结点
    {
        Phead = Phead->next;//把头的直接后继作为新的头结点
    }
    if (NULL == Phead) //不存在元素为dest的结点, 返回false
        return false;

    //2.若目标结点存在, 创建新的结点，并对新结点进行初始化
	LList_t *New = LList_NewNode(data);
	if (NULL == New)
	{
		printf("can not insert new node\n");
		return false;
	}
    New->data = data;
	//3.把新结点插入到目标结点的后面
    	New->next = Phead->next;//新结点先链接后面的结点
		Phead->next = New;//让目标元素结点链接新结点
		return true;
}

(4) 根据情况可以从链表中删除某结点，此时可以分为尾部删除、头部删除、指定元素删除。

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posted @ 2024-04-23 00:12  舟清颺  阅读(24)  评论(0)  编辑  收藏  举报