【探索数据结构】线性表之单链表

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前言

回顾：线性表之顺序表

顺序表的问题及思考

1.中间/头部的插入删除，时间复杂度为0(N)

2.增容需要申请新空间，拷贝数据，释放旧空间。会有不小的消耗。

3.增容一般是呈2倍的增长，势必会有一定的空间浪费。例如当前容量为100,满了以后增容到200,我们再继续插入了5个数据，后面没有数据插入了，那么就浪费了95个数据空间。

思考：如何解决以上问题呢?

是否存在一种数据结构，能够解决以上顺序表表现出来的问题：

1)中间/头部的插入删除，可以一步到位，不需要挪动数据

2)不需要扩容

3)不会造成空间

答案是本篇主角——(单)链表

文章重点介绍:不带头节点不循环的单链表

一、链表

链表是一种物理存储单元上非连续、非顺序的存储结构，其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。链表由一系列结点组成，每个结点都包含两个部分：数据域和指针域。数据域用于存储数据元素的信息，而指针域则存储着指向下一个结点的地址信息。有单链表、双链表、循环链表

优点：动态内存分配、插入和删除高效、空间利用率高

缺点：访问元素效率低、有额外的空间开销、缓存不优好

二、单链表

1.概念

单链表是一种线性数据结构，其中元素在逻辑上按照线性顺序排列，但在物理内存中通过指针进行链接。每个元素（称为节点/结点）都包含两部分信息：数据域和指针域。数据域存储节点的值或数据，而指针域则包含指向下一个节点的指针。

2.分类

（1）带头节点

在单链表中，第一个节点之前通常有一个头指针（或称为头节点），它指向链表中的第一个数据节点。如果链表为空，则头指针通常指向空（NULL）。链表的最后一个节点的指针域被设置为空（NULL），以表示链表的结束。

（2）不带头节点

不带头节点的单链表，我们直接通过头指针指向第一个数据节点，而不需要额外的头节点作为起始点。

3.代码示例

创建单链表结构

typedef int SLTDataType;
typedef struct SListNode SLTNode;
struct SListNode
{SLTDataType data;//节点存放的数据SLTNode* next;//存放下一个节点的地址
};

三、对单链表的操作

（0）打印

//打印
void SLTPrint(SLTNode* phead)
{//创建指向第一个节点的指针的指针，让phead无需改变SLTNode* pcur = phead;while (pcur){printf("%d->", pcur->data);pcur = pcur->next;}printf("NULL\n");
}

（1）创建一个新节点

//创建一个新节点
SLTNode* SLTBuyNode(SLTDataType x)
{SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");exit(1);//申请空间成功会返回0}newnode->data = x;newnode->next = NULL;return newnode;
}

（2）尾插

有链表为空和非空两种情况

//尾插
void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{assert(pphead);//*pphead是指向第一个节点的指针， 存放第一个节点的地址//创建一个新节点SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);//空链表if (*pphead == NULL){*pphead = newnode;}else{//非空链表，找尾//创建指向第一个节点的指针的指针，让*phead无需改变SLTNode * ptail = *pphead;while (ptail->next){ptail = ptail->next;}//新节点变为链表的新尾巴ptail->next = newnode;}
}

思考：为什么要用二级指针来接收实参？

简单来说，想要改变实参，传值无法改变，要通过传实参的地址给形参，形参的改变才会影响实参

（3）头插

//头插
void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{assert(pphead);//*pphead是指向第一个节点的指针， 存放第一个节点的地址//创建一个新节点SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);newnode->next = *pphead;*pphead = newnode;
}

（4）查找

//查找
SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{assert(phead);//不改变头结点，防止要多次遍历时找不到头结点SLTNode* pcur = phead;while (pcur){if (pcur->data == x){return pcur;}pcur = pcur->next;}return NULL;
}

（5）头删

//头删
void SLTDelFront(SLTNode** pphead)
{assert(pphead && *pphead);//链表不能为空//无论有几个节点都适用SLTNode* next = (*pphead)->next;//保存第二个节点的地址free(*pphead);*pphead = NULL;*pphead = next;//原本的第二个节点成为新头结点
}

（6）尾删

//尾删
void SLTDelBack(SLTNode** pphead)
{//可能会修改头节点地址所以还是使用二级指针assert(pphead && *pphead);//链表不能为空//链表只有一个节点if ((*pphead)->next == NULL)//->优先级高于*{free(*pphead);*pphead = NULL;}//多个节点SLTNode* ptail = *pphead;SLTNode* prev = *pphead;while (ptail->next){prev = ptail;ptail = ptail->next;}prev->next = NULL;free(ptail);ptail = NULL;
}

（7）指定位置之前插入

//指定位置之前插入
void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{assert(pphead && *pphead);//链表不能为空assert(pos);//创建一个新节点SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);//相当于头插if ((*pphead) == pos){//pphead存放指向第一个节点指针的地址SLTPushFront(pphead, x);}else{SLTNode* prev = *pphead;while (prev->next != pos){prev = prev->next;}//prev->newnode->posnewnode->next = pos;prev->next = newnode;}
}

（8）指定位置之后插入

//指定位置之后插入
void SLTInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x)
{//为什么不需要头结点，因为在指定位置插入是这样的逻辑//pos-newnode-pos->next,通过pos我们就能找到他的下一个节点assert(pos);//创建一个新节点SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);newnode->next = pos->next;pos->next = newnode;//思考：上面两行代码顺序互换可以吗？
}

不相同，不可以互换位置，第二中代码pos->next指针先指向了newnode那么原先pos的下一个节点的地址就会找不到

（9）删除指定节点

//删除指定节点pos
void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{assert(pphead && *pphead);//链表不能为空assert(pos);if ((*pphead) == pos){//相当于头删SLTDelFront(pphead);}else{SLTNode* prev = *pphead;while (prev->next!=pos){prev = prev->next;}prev->next = pos->next;free(pos);pos = NULL;}
}

（10）删除指定节点之后的数据

// 删除指定节点pos之后的数据
void SLTEraseAfter(SLTNode* pos)
{assert(pos);//如果没有用del来存放pos->next会怎么样？SLTNode* del = pos->next;pos->next = del->next;free(del);del = NULL;
}

（11）销毁

一个一个销毁

/销毁
void SLTDestroy(SLTNode** pphead)
{assert(pphead && *pphead);//链表不能为空SLTNode* pcur = *pphead;while (pcur){//如果没有保存pcur->next的地址// 在pcur释放掉后，剩余节点找不到了，无法销毁SLTNode* next = pcur->next;free(pcur);pcur = next;}*pphead = NULL;
}

四、测试（仅供参考）

#include"SList.h"
void STListTest01()
{//创建节点SLTNode* node1 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));node1->data = 1;SLTNode* node2 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));node2->data = 2;SLTNode* node3 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));node3->data = 3;//链接节点node1->next = node2;node2->next = node3;node3->next = NULL;//创建指向第一个节点的指针，让node1无需改变SLTNode* plist = node1;//调用打印SLTPrint(plist);}
void STListTest02()
{SLTNode* plist = NULL;SLTNode* p = NULL;//尾插SLTPushBack(&plist, 1);SLTPushBack(&plist, 2);SLTPushBack(&p, 3);plist->next->next = p;SLTPushBack(&p, 4);SLTPrint(plist);//头插SLTPushFront(&plist, 5);SLTPrint(plist);//尾删SLTDelBack(&plist);SLTPrint(plist);//头删SLTDelFront(&plist);SLTPrint(plist);SLTNode*find=SLTFind(plist, 3);//指定位置之前插入SLTInsert(&plist, find, 5);SLTPrint(plist);//指定位置之后插入SLTInsertAfter(find, 10);SLTPrint(plist);//删除指定节点/*SLTErase(plist, find);*///删除指定节点之后数据SLTEraseAfter(find);SLTPrint(plist);//销毁链表SLTDestroy(&plist);SLTPrint(plist);}
int main()
{//STListTest01();STListTest02();
}

下回预告：线性表之双链表

持续更新中...

敬请期待