数据结构——链表(精简易懂版)

文章目录

  • 链表概述
  • 链表的实现
    • 链表的节点(单个积木)
    • 链表的构建
      • 直接构建
      • 尾插法构建
      • 头插法构建
    • 链表的插入
  • 总结

链表概述

1,链表(Linked List)是一种常见的数据结构,用于存储一系列元素。它由一系列节点(Node)组成,每个节点包含两部分:数据域(存储数据的部分)和指针域(指向下一个节点的指针)。链表的特点是节点在内存中的存储位置不必是连续的,而是通过指针来相互连接。

具体可以想象成一个很多个积木连接的蛇

画个图大概如下(单链表):
在这里插入图片描述

链表可以分为单向链表和双向链表两种常见形式

单向链表(Singly Linked List):每个节点包含一个指针,指向下一个节点。单向链表只能从头节点开始顺序访问,无法从尾节点快速访问到头节点。(就是上面那种)

双向链表(Doubly Linked List):每个节点包含两个指针,分别指向前一个节点和后一个节点。双向链表可以从任意节点开始向前或向后遍历,相比单向链表具有更灵活的操作。

双向循环链表如下:
在这里插入图片描述

链表的优点是插入和删除操作效率高,时间复杂度为O(1),而查找操作效率相对较低,最坏情况下为O(n)。链表适用于需要频繁插入和删除操作,而对查找操作要求不高的场景。

常见的链表操作包括:插入节点、删除节点、查找节点、反转链表、合并链表等。链表在计算机科学中应用广泛,常见于实现各种数据结构和算法,如栈、队列、图等。

链表的实现

链表的节点(单个积木)

1,链表的节点是自定义的一个结构体,数据域存的东西可以自定义,可以是数字链表,也可以是字符链表等,非常灵活。

struct Node
{int val;struct Node* next;   //指针域,指向下一个节点//双向链表就在加一个指针struct Node* Pre;
};

链表的构建

直接构建

1,最直接的就是一个个链表节点直接链接,最后一个节点的指针要置空,方便判断是否到达链表的结尾,如下:

typedef struct Node
{int val;struct Node* next;
}node;int main()
{node* n1 = (node*)malloc(sizeof(node));n1->val = 1;node* n2 = (node*)malloc(sizeof(node));n2->val = 2;n1->next = n2;node* n3 = (node*)malloc(sizeof(node));n3->val = 3;n2->next = n3;n3->next = NULL;return 0;
}

尾插法构建

1,尾插即字面意思,构建一个尾指针指向链表最后一个节点,然后创建一个新节点插到尾巴后面,然后更新尾节点为新的尾。

图示

在这里插入图片描述

插入后

在这里插入图片描述

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>// 定义链表节点结构体
struct Node {int data;struct Node* next;
};// 尾插法构建链表
struct Node* createLinkedList(int arr[], int n) {struct Node *head = NULL;struct Node *tail = NULL;for (int i = 0; i < n; i++) {// 创建新节点struct Node *newNode = (struct Node*)malloc(sizeof(struct Node));if (newNode == NULL) {printf("Memory allocation failed.\n");exit(1);}newNode->data = arr[i];newNode->next = NULL;// 如果是第一个节点,则设置为头节点if (head == NULL) {head = newNode;tail = newNode;} else {// 否则将新节点插入到尾部tail->next = newNode;tail = newNode;}}return head;
}// 打印链表
void printLinkedList(struct Node* head) {while (head != NULL) {printf("%d ", head->data);head = head->next;}printf("\n");
}// 主函数
int main() {int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);// 使用尾插法构建链表struct Node *head = createLinkedList(arr, n);// 打印链表printf("Linked List: ");printLinkedList(head);return 0;
}

头插法构建

1,头插法也是一种常见的方法,用于构建链表。与尾插法不同,头插法是在链表的头部插入新的节点,使新节点成为链表的新头节点。

原图

在这里插入图片描述
变化

在这里插入图片描述

最终

在这里插入图片描述

下面是使用头插法构建链表的C语言示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>// 定义链表节点结构体
struct Node {int data;struct Node* next;
};// 头插法构建链表
struct Node* createLinkedList(int arr[], int n) {struct Node *head = NULL;for (int i = 0; i < n; i++) {// 创建新节点struct Node *newNode = (struct Node*)malloc(sizeof(struct Node));if (newNode == NULL) {printf("Memory allocation failed.\n");exit(1);}newNode->data = arr[i];// 将新节点插入到头部newNode->next = head;head = newNode;}return head;
}// 打印链表
void printLinkedList(struct Node* head) {while (head != NULL) {printf("%d ", head->data);head = head->next;}printf("\n");
}// 主函数
int main() {int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);// 使用头插法构建链表struct Node *head = createLinkedList(arr, n);// 打印链表printf("Linked List: ");printLinkedList(head);return 0;
}

链表的插入

1,链表的插入操作可以在指定位置或者指定节点之后进行。下面分别介绍两种情况的链表插入操作:

  • 在指定位置插入节点:这种情况下,需要知道要插入节点的位置,通常使用节点的索引或者位置来指定。插入操作涉及到节点的连接,需要将新节点插入到指定位置,同时调整前一个节点和后一个节点的连接关系。

  • 在指定节点之后插入节点:在这种情况下,需要先找到指定节点,然后在其后插入新节点。这个操作需要确保找到指定节点,然后调整节点的连接关系。

原(插入到1之后)

在这里插入图片描述

变化

换成代码就是

node* newnode;//(代表4节点)
node* cur;//(代表1节点)
newnode->next = cur->next;

在这里插入图片描述

最后

代码实现

cur->next = newnode;

在这里插入图片描述

下面是C语言示例代码,分别演示了在指定位置和指定节点之后进行插入操作

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>// 定义链表节点结构体
struct Node {int data;struct Node* next;
};// 在指定位置插入节点
void insertAtIndex(struct Node** headRef, int index, int data) {struct Node* newNode = (struct Node*)malloc(sizeof(struct Node));if (newNode == NULL) {printf("Memory allocation failed.\n");exit(1);}newNode->data = data;// 如果插入位置是头节点之前,则直接将新节点作为头节点if (index == 0) {newNode->next = *headRef;*headRef = newNode;return;}// 找到插入位置的前一个节点struct Node* current = *headRef;for (int i = 0; i < index - 1 && current != NULL; i++) {current = current->next;}// 如果插入位置超出链表长度,则插入失败if (current == NULL) {printf("Index out of range.\n");return;}// 插入新节点newNode->next = current->next;current->next = newNode;
}// 在指定节点之后插入节点
void insertAfterNode(struct Node* prevNode, int data) {if (prevNode == NULL) {printf("Previous node cannot be NULL.\n");return;}struct Node* newNode = (struct Node*)malloc(sizeof(struct Node));if (newNode == NULL) {printf("Memory allocation failed.\n");exit(1);}newNode->data = data;// 插入新节点newNode->next = prevNode->next;prevNode->next = newNode;
}// 打印链表
void printLinkedList(struct Node* head) {while (head != NULL) {printf("%d ", head->data);head = head->next;}printf("\n");
}// 主函数
int main() {struct Node* head = NULL;// 插入节点示例insertAtIndex(&head, 0, 1); // 在头部插入节点insertAtIndex(&head, 1, 3); // 在索引1位置插入节点insertAtIndex(&head, 1, 2); // 在索引1位置插入节点insertAfterNode(head->next, 4); // 在节点3之后插入节点// 打印链表printf("Linked List: ");printLinkedList(head);return 0;
}

总结

其他操作的本质上也是差不多的,都是建立新节点,修改指针指向的问题,通过画图可以更好理解的。

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