前言
数据结构入门 — 单链表详解*
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系列文章
第一篇:数据结构入门 — 链表详解_单链表
第二篇:数据结构入门 — 链表详解_双向链表
第三篇:数据结构入门 — 链表详解_循环链表
文章目录
- 前言
- 系列文章
- 一、链表
- 1. 链表是什么
- 2. 优缺点
- 二、概念及结构
- 1. 概念
- 2. 结构
- 三、 链表的分类
- 1. 链表结构类型
- 2. 常用的两种链表结构
- 四、单链表接口实现(代码演示)
- 1. 动态申请一个结点
- 2. 单链表打印
- 3. 单链表增删查改
- 4. 单链表销毁
- 五、所有文件代码
- 1. Gitee链接
- 总结
一、链表
1. 链表是什么
链表是一种数据结构,由一系列节点组成,在每个节点中存储数据和指向下一个节点的指针。每个节点只包含指向下一个节点的指针,不像数组那样有预定义的大小。链表可以动态地增长和缩小,并且非常灵活,可以在任何位置插入或删除节点。链表主要分为单向链表、双向链表和循环链表等不同类型。
2. 优缺点
链表的优点:
- 灵活性:由于链表中每个节点都有指向下一个节点的指针,因此链表可以在任何位置添加或移除元素,使得链表非常灵活。
- 动态性:由于链表的大小不是固定的,当需要增加或删除元素时,内存中不需要重新分配空间,而是在链表中增加或删除一个结点。
- 无需占用连续的内存空间:相较于数组等数据结构,链表的每个元素之间并没有关联性,每个节点可以在内存中的任意位置,不需要占用连续的内存空间。
链表的缺点:
- 没有随机访问的能力:链表中的元素之间没有关联性,无法像数组那样通过下标直接访问某个元素,需要从头开始遍历整个链表才能找到需要的元素,这会导致链表的查找效率比数组低。
- 内存空间的额外开销:由于需要在每个节点中存储指向下一个节点的指针,链表内每个元素需要占用比其存储内容更多的内存空间,这会导致链表没有数组那么节省内存。
- 不支持常量时间内的随机访问:链表只能在头尾节点进行快速的插入和删除操作,但在其他位置插入和删除节点较为困难,需要先遍历找到要操作的位置,这会导致链表操作的时间复杂度较高。
二、概念及结构
1. 概念
链表是一种物理存储结构上非连续、非顺序的存储结构,数据元素的逻辑顺序是通过链表
中的指针链接次序实现的。
2. 结构
在现实的数据结构中,链表的结构
注意:
- 从上图可看出,链式结构在逻辑上是连续的,但是在物理上不一定连续
- 现实中的结点一般都是从堆上申请出来的
- 从堆上申请的空间,是按照一定的策略来分配的,两次申请的空间可能连续,也可能不连续
三、 链表的分类
1. 链表结构类型
链表可以分为单链表、双向链表和循环链表三种类型。
类型 | 介绍 |
---|---|
单链表 | 节点只包含一个指向后继节点的指针,每个节点只知道下一个节点的位置。 |
双向链表 | 节点包含一个指向前驱节点和一个指向后继节点的指针,每个节点都知道前面和后面的节点位置。 |
循环链表 | 链表的最后一个节点指向第一个节点,形成一个环形结构。 |
除了这三种基本类型,还有一些派生的链表结构,如带有头节点的链表、带有尾指针的链表、带有哨兵节点的链表等。如下图有8种链表结构
1. 单向或者双向
2. 带头或者不带头(哨兵位)
3. 循环或者不循环
2. 常用的两种链表结构
无头单向非循环链表:
无头单向非循环链表:结构简单,一般不会单独用来存数据。实际中更多是作为其他数据结
构的子结构,如哈希桶、图的邻接表等等。另外这种结构在笔试面试中出现很多。
带头双向循环链表:
带头双向循环链表:结构最复杂,一般用在单独存储数据。实际中使用的链表数据结构,都
是带头双向循环链表。另外这个结构虽然结构复杂,但是使用代码实现以后会发现结构会带
来很多优势,实现反而简单了,后面我们代码实现了就知道了。
四、单链表接口实现(代码演示)
无头+单向+非循环链表增删查改实现
1. 动态申请一个结点
SLTNode* BuySListNode(SLTDataType x)
{SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));if (newnode == NULL){perror("BuySListNode");exit(-1);}newnode->data = x;newnode->next = NULL;return newnode;
}
2. 单链表打印
void SLTPrint(SLTNode* phead)
{SLTNode* cur = phead;while(cur){printf("%d->", cur->data);cur = cur->next;}printf("NULL\n");
}
3. 单链表增删查改
头插:
//头插
void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{assert(pphead);SLTNode* newnode = BuySListNode(x);newnode->next = *pphead;*pphead = newnode;
}
尾插:
//尾插
void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{assert(pphead);SLTNode* newnode = BuySListNode(x);//如果为空 if (*pphead==NULL){*pphead = newnode;}else{ SLTNode* tail = *pphead;while (tail->next != NULL){tail = tail->next;}tail->next = newnode;}
}
头删:
//头删
void SLTPopFront(SLTNode** pphead)
{//空assert(pphead);assert(*pphead);//非空SLTNode* newnode = (*pphead)->next;free(*pphead);*pphead = newnode;}
尾删:
//尾删
void SLTPopBack(SLTNode** pphead)
{assert(*pphead);assert(pphead);//一个节点if((*pphead)->next == NULL){free(*pphead);*pphead = NULL;}else{SLTNode* tail = *pphead;SLTNode* tailPrev = NULL;while(tail->next != NULL){tailPrev = tail;tail = tail->next;}free(tail);tail = NULL;tailPrev->next = NULL;}
}
查找:
//查找
SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{SLTNode* cur = phead;while (cur){if (cur->data == x){return cur;}cur = cur->next;}return NULL;
}
在pos之前插入x:
// 在pos之前插入x
void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{assert(pos);assert(pphead);if (pos == *pphead){SLTPushFront(pphead,x);}else{SLTNode* prev = *pphead;while (prev->next != pos){prev = prev->next;}SLTNode* newnode = BuySListNode(x);prev->next = newnode;newnode->next = pos;}}
在pos以后插入x:
// 在pos以后插入x
void SLTInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x)
{assert(pos);SLTNode* newnode = BuySListNode(x);newnode->next = pos->next;pos->next = newnode;}
删除pos位置:
// 删除pos位置
void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{assert(pos);assert(pphead);if (pos == *pphead){SLTPopFront(pphead);}else{SLTNode* tail = *pphead;while (tail->next != pos){tail = tail->next;}tail->next = pos->next;free(pos);pos = NULL;}
}
删除pos的后一个位置:
// 删除pos的后一个位置
void SLTEraseAfter(SLTNode* pos)
{assert(pos);assert(pos->next);SLTNode* posNext = pos->next;pos->next = posNext->next;pos->next = posNext->next;free(posNext);posNext = NULL;}
4. 单链表销毁
void Destory(SLTNode** pphead)
{assert(pphead);SLTNode* cur = *pphead;while (cur){SLTNode* del = cur->next;free(cur);cur = del;}* pphead == NULL;
}
五、所有文件代码
1. Gitee链接
***查看所有代码***
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总结
单链表的重点包括:
- 定义:单链表是一种数据结构,它由一系列节点组成,每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。
- 插入操作:单链表的插入操作需要先找到要插入位置的前一个节点,然后将新节点插入到其后。
- 删除操作:单链表的删除操作需要先找到要删除的节点的前一个节点,然后将其指针指向下一个节点即可。
- 遍历操作:单链表需要从头节点开始依次遍历各个节点,获取其中存储的数据。
- 链表反转:单链表的反转操作是将链表中的节点从后往前连接,最后将原来的头节点变为尾节点。
- 快慢指针:快慢指针是单链表中常用的技巧,可以用于查找链表中的中间节点、判断是否有环等操作。
- 环形链表:有些单链表可能存在环形结构,即某个节点的指针指向之前的某个节点,使用快慢指针可以判断链表是否为环形。
- 链表排序:单链表可以使用排序算法进行排序,如冒泡排序、快速排序等。
- 链表的应用:单链表广泛应用于各种数据结构和算法中,如哈希表、图等。
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