数据结构__链表_单链表的初始化、插入、删除、修改、查询打印（基于C语言实现）
一、链表的原理与应用
对于顺序表的数据增加和删除是比较麻烦，因为都需要移动一片连续的内存。
顺序表的优点是：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。
顺序表的缺点是：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。
思考：既然顺序表实现数据的增加和删除比较麻烦，又占用连续内存，请问有没有更好方案?
回答：是有的，可以利用链式存储的线性表实现，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。
可以看到：
| 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。 |
思考：既然链表中的每个数据元素的地址都是不固定的，请问用户如何访问某个元素呢???
回答：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。
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）。
注意：链表的工作原理其实很简单，只要大家搞清楚链表的使用流程就可以很轻松的理解，链表具体的操作步骤如下所示：
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。
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
(2)附带头结点的链表
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。
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。
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：
(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。
(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。
(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。
(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。
代码
/**
* @file name : 单链表
* @brief : 单链表的初始化、插入、删除、修改、查询打印
* @author : yfm3262@163.com
* @date : 2024/11/07
* @version : 1.1
* CopyRight (c) 2023-2024 yfm3262@163.com All Right Reseverd
*/
单链表公式
/*
单链表表总结成公式
struct xxx
{
//数据域(需要存放什么类型的数据,你就定义对应的变量即可)
//指针域(存放下一个数据在内存中的地址)
};
单链表的基本操作:
初始化单链表 √
插入数据 √
删除数据 √
修改数据
查询打印数据
*/
初始化单链表
构建单链表结点
// 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;
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）
/**
* @name :LList_Create
* @brief :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
* @param :
* @retval :头结点地址
* @date :2024年11月07日
* @version :1.0
* @note :
*/
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
/**
* @name :LList_NewNode
* @brief :创建新的结点，并对新结点进行初始化(数据域 + 指针域)
* @param :
@data :要创建结点的元素
* @retval :NULL 申请堆内存失败 ; New 新结点地址
* @date :2024/11/07
* @version :1.0
* @note :
*/
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;
}
插入数据
头插
/**
* @name :LList_HeadInsert
* @brief :在单链表的头结点后插入
* @param :
@Head :头指针
@data :要创建结点的元素
* @retval :true 插入成功; false 插入失败 / 申请内存失败
* @date :2024/11/07
* @version :1.0
* @note :
*/
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;
}
中插
/**
* @name LList_DestInsert
* @brief 单链表中的指定元素后面插入新结点
* @param Head 头指针
* @param dest 要查找的结点
* @param data 要插入的数据
* @return 程序执行成功与否
* @retval false 插入失败
* @retval true 插入成功
* @date 2024/11/07
* @version 1.0
* @note
*/
bool LList_DestInsert(LList_t *Head, DataType_t dest, DataType_t data)
{
// 操作指针指向首节点
LList_t *Phead = Head->next;
// 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.遍历链表，目的是找到目标结点，比较结点的数据域
while (Phead != NULL && dest != Phead->data)
{
Phead = Phead->next;
}
if (NULL == Phead) // 若到了尾节点还未找到
{
return false;
}
// 4.说明找到目标结点，则把新结点加入到目标的后面
New->next = Phead->next;
Phead->next = New;
return true;
}
尾插
/**
* @name LList_TailInsert
* @brief 将新元素插入到尾结点后面
* @param Head 头指针
* @param data 新元素
* @return 程序执行成功与否
* @retval false 插入失败
* @retval true 插入成功
* @date 2024/11/07
* @version 1.0
* @note
*/
bool LList_TailInsert(LList_t *Head, DataType_t data)
{
// 拷贝头指针
LList_t *Phead = Head;
// 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尾部
while (Phead->next)
{
Phead = Phead->next;
}
Phead->next = New;
return true;
}
删除数据
头删
/**
* @name LList_HeadDel
* @brief 删除头结点后面的一个结点
* @param Head 头指针
* @return 程序执行成功与否
* @retval false 删除失败
* @retval true 删除成功
* @date 2024/11/07
* @version 1.0
* @note
*/
bool LList_HeadDel(LList_t *Head)
{
// 创建操作指针
LList_t *Phead = Head;
// 2.判断链表是否为空，如果为空，则直接退出
if (NULL == Head->next)
{
return false;
}
// 3.链表是非空的，则直接删除首结点
Head->next = Phead->next->next;
Phead->next->next = NULL;
free(Phead->next);
return true;
}
中删
/**
* @name LList_DestDel
* @brief 中删, 删除某个元素结点
* @param Head 头指针
* @param dest 要删除的目标元素
* @return 程序执行成功与否
* @retval false 删除失败, 未找到目标元素结点
* @retval true 删除成功
* @date 2024/11/07
* @version 1.0
* @note
*/
bool LList_DestDel(LList_t *Head, DataType_t dest)
{
// 操作指针, 指向当前结点的前一个结点, 初始化 指向头指针
LList_t *prev = Head;
// 当前操作指针, 指向当前结点, 用于移动, 初始指向头结点
LList_t *current = Head->next;
while (current != NULL) // 若链表不为空
{
if (current->data == dest) // 若找到, 此时 prev-->[dest结点直接前驱] ,cur-->[dest]
{
prev->next = current->next; // 链接删除节点的直接前驱和直接后继
current->next = NULL; // 防止内存泄漏
free(current); // 释放内存
return true;
}
prev = current; // 若未找到, 两个操作指针后移一个结点
current = current->next;
}
return false; // 没有找到元素
}
尾删
/**
* @name LList_TailDel
* @brief 删除尾结点
* @param Head 头指针
* @return 程序执行成功与否
* @retval false 删除失败, 链表为空
* @retval true 删除成功
* @date 2024/11/07
* @version 1.0
* @note
*/
bool LList_TailDel(LList_t *Head)
{
// 检查链表是否为空或只有头结点
if (Head == NULL || Head->next == NULL)
{
return false;
}
LList_t *current = Head; // current 当前操作指针, 指向当前结点, 用于遍历链表
LList_t *prev = NULL; // prev 用于记录 current 的前一个结点
// 遍历链表直到最后一个结点
while (current->next != NULL)
{
prev = current; // 若未找到, 两个操作指针后移一个结点
current = current->next;
}
// 删除尾结点
if (prev != NULL) // 到达尾结点的直接前驱
{
prev->next = NULL; // 直接前驱指针域为NULL
}
free(current); // 释放尾结点的内存, 防止内存泄漏
return true;
}
删除最小值结点
/**
* @name LList_DelMin
* @brief 删除单链表中最小值结点
* @param Head 头指针
* @return 无
* @date 2024/11/07
* @version 1.0
* @note
*/
void LList_DelMin(LList_t *Head)
{
LList_t *min_prev; // 记录最小值结点的直接前驱地址
LList_t *min = Head->next; // 记录最小值结点的地址
LList_t *phead = Head->next; // 记录当前结点的地址
LList_t *phead_prev = Head; // 记录当前结点的直接前驱地址
// 1.遍历链表,目的是找到最小值结点
while (phead->next)
{
// 比较链表中结点的数据域的大小
if (min->data > phead->next->data)
{
min = phead->next;
min_prev = phead;
}
// 如果发现当前结点数据域不大于当前结点的直接后继,则向后遍历
phead_prev = phead;
phead = phead->next;
}
// 2.删除当前的最小值结点,前提是让最小值结点的直接前驱指向最小值结
min_prev->next = min->next;
// 3.释放最小值结点的内存
min->next = NULL;
free(min);
}
其它
#include
#include
#include
// 主函数，用于演示
int main(int argc, char *argv[]) {
return 0;
}
题目：
/**
* @name LList_DelMin
* @brief 删除单链表中最小值结点
* @param Head 头指针
* @return 无
* @date 2024/11/07
* @version 1.0
* @note
*/
void LList_DelMin(LList_t *Head)
{
LList_t *min_prev; // 记录最小值结点的直接前驱地址
LList_t *min = Head->next; // 记录最小值结点的地址
LList_t *phead = Head->next; // 记录当前结点的地址
LList_t *phead_prev = Head; // 记录当前结点的直接前驱地址
// 1.遍历链表,目的是找到最小值结点
while (phead->next)
{
// 比较链表中结点的数据域的大小
if (min->data > phead->next->data)
{
min = phead->next;
min_prev = phead;
}
// 如果发现当前结点数据域不大于当前结点的直接后继,则向后遍历
phead_prev = phead;
phead = phead->next;
}
// 2.删除当前的最小值结点,前提是让最小值结点的直接前驱指向最小值结
min_prev->next = min->next;
// 3.释放最小值结点的内存
min->next = NULL;
free(min);
}
浙公网安备 33010602011771号