【脚踢数据结构】链表（1）

祐言QAQ2023-08-11 19:12
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在计算机科学中，数据结构是一种组织和存储数据的方式 ，使我们可以有效地访问和修改它 。链表是一种常见的数据结构，它是线性表的一种重要实现方式。下面，我们将详细地介绍链表及其操作。

一、线性表

线性表（Linear List）是由n（n≥0）个相同数据类型的元素a1,a2,......,an 组成的有限序列。线性表中元素的个数n定义为线性表的长度，当n=0 时，称为空表。线性表是数据结构中最基本、最简单、也是最常用的一种数据结构。

常见的两种实现方式：

  1. 数组实现的线性表：使用连续的内存空间存储数据元素，可以通过索引快速访问元素。数组的优点是随机访问效率高，但插入和删除元素可能涉及元素的移动，时间复杂度较高。

  2. 链表实现的线性表：使用一系列的节点，每个节点存储一个数据元素和指向下一个节点的指针。链表的优点是插入和删除元素效率高，不需要移动其他元素，但访问元素需要从头节点开始遍历，时间复杂度较高。

二、链表

链表是一种具体的数据结构它在逻辑上是一对一的排列的 ，在存储上是非连续的。

算法包含：

新建节点、插入节点、查找节点、删除节点、更新节点、遍历、清空、判断空链表等。

链表分类：

链式存储的优点

①不需要一块连续内存；

②插入和删除效率极高。

1、单向链表

单向链表（Singly linked list）是最简单的一种链表，它的每个节点包含两个域，一个数据域（元素域）和一个指正域（链接域）。头链接指向列表中的下一个节点，而最后一个节点则指向一个空值（NULL ）。并且在链式存储结构中：数据元素是随机存储的 ，通过指针表示（控制）数据之间的逻辑关系。

单链表的节点声明：

typedef [节点数据域类型] DataType;
struct Node
{
    DataType data;//数据域
    struct Node *next;//指针域
};

（1）单链表初始化

一般定义一个不带数据的节点，用来表示整个链表的头部。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>

//数据域
typedef int Database;

//链表的节点定义
typedef struct Node
{
	Database data;		//数据域
	struct Node *next;	//指针域
}node;

//初始化链表
node *init_list()
{
	node *head = malloc(sizeof(node));
	if (head != NULL)//头节点不带数据，数据域不用管，但是指针域的指针需要做初始化
	{
		head->next = NULL;
	}
	return head;
}

（2）新建节点

在C、C++和一些其他编程语言中，node *表示一个指向节点的指针。节点是一种数据结构，通常包含一个值（可能是任何类型的数据）和一个指向下一个节点的指针。

例如，在链表中，每个节点都有一个指向下一个节点的指针，而最后一个节点的指针通常是NULL，表示链表的结束。

//创建节点
node *create_node(Database data)
{
	node *new = malloc(sizeof(node));
	if (new != NULL)
	{
		new->data = data;
		new->next = NULL;
	}
	return new;
}

（3）尾插法

// 尾插法
void insert_tail(node *head, node *new)
{
	if (head->next == NULL)
	{
		head->next = new;
	}
	else
	{
		//定义一个中间变量，防止头节点的地址发生改变
		node *p = head;
		while(p->next != NULL)//循环遍历，找到最后一个节点
		{
			p = p->next;
		}
		p->next = new;
	}
}

（4）头插法

//头插法
void insert_head(node *head, node *new)
{
	new->next = head->next;
	head->next = new;
}

（5）遍历链表

//遍历打印
void display(node *head)
{
	node *p = head;
	while(p->next != NULL)
	{
		p = p->next;
		printf("%d ", p->data);
	}
	printf("\n");
}

（6）查找节点

//查找节点
node *find_node(node *head,Database data)
{
	node *p = head;
	while(p->next !=NULL)
	{
		if (p->next->data == data)
		{
			return p->next;
		}
		p = p->next;
	}
	return NULL;
	
}

（7）删除节点：这里有三种删除节点的方法，具体要因情况而选

//删除节点，链表里的数据唯一的情况，因为这种方法只会删除一个

bool delete_node(node *head,Database data)
{
	node *p = head;
	while(p->next != NULL)
	{
		if (p->next->data == data)
		{
			node *dele = p->next;
			p->next = dele->next;
			free(dele);
			dele = NULL;
			return true;
		}
		p = p->next;
		
	}
	return false;
}

//删除节点，链表里面数据不是唯一的情况
void delete_node1(node *head, Database data)
{
	node *p = head;
	while(p->next != NULL)
	{
		if (p->next->data == data)
		{
			node *dele = p->next;
			p->next = dele->next;
			free(dele);
			dele = NULL;
			continue;		
		}
		p = p->next;
	}
}


//删除节点，以节点的方式删除,每次一个
bool delete_node2(node *head, node *dele)
{
	if(dele ==NULL)
	{
		return false;
	}		
	node *p = head;
	while(p->next != NULL)
	{
		if (p->next->data ==dele->data)
		{
			p->next =dele->next;
			free(dele);
			dele = NULL;
			return true;
		}
		p = p->next;
	}
	return false;
	
}

（8）判断空链表

#include <stdbool.h>

//判断空链表
bool isempty(node *head)
{
	return head->next == NULL;
}

（9）清空链表

//清空链表
void clear_list(node *head)
{
	if (isempty(head))
	{
		return ;
	}
	while(head->next!=NULL)
	{
		node *dele = head->next;
		head->next = dele->next;
		free(dele);
		dele = NULL;
	}
}

（10）更新节点

//更新节点
void update_node(node *head, Database old_data, Database new_data)
{
	if (isempty(head))
	{
		return;
	}
	node *p = find_node(head, old_data);
	if (p!=NULL)
	{
		p->data = new_data;
	}
	else
	{
		printf("链表里面没有 %d 这个元素\n", old_data);
	}
}

（11）取出节点

//取出节点
node *get_node(node *head, Database data)
{
	if (isempty(head))
	{
		return NULL;
	}
	node *p = head;
	while(p->next != NULL)
	{
		if (p->next->data == data)
		{
			node *tmp = p->next;
			p->next = tmp->next;
			return tmp;
		}
		p = p->next;
	}
	return NULL;
}

（12）指定位置插入节点

//指定位置插入节点
void insert_node_node(node *n1, node *n2)
{
	insert_head(n1, n2);
}
//就相当于头插法，node2相当于头节点，node1相当于新节点

**（12）**移动节点

void move_node(node *head, Database d1, Database d2)
{
	node *p1 = get_node(head, d1);
	node *p2 = find_node(head, d2);
	insert_node_node(p2, p1);
}

将链表中包含数据**d1** 的节点移动到链表中包含数据**d2** 的节点之前的操作。它通过查找数据为**d1和d2** 的节点，并使用**insert_node_node函数** 将节点**d1** 插入到节点**d2**之前，实现了节点的移动。

单链表实例

下面我们来完成一个简单的例子，题目为：

利用头插法，实现输入一个正整数，就插入对应节点，输入小于等于0的数则把其对应的正数节点删除，输入0则显示链表的所有节点数据（遍历）。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>

//数据域
typedef int Database;

//链表的节点定义
typedef struct Node
{
	Database data;		//数据域
	struct Node *next;	//指针域
}node;

//初始化链表
node *init_list()
{
	node *head = malloc(sizeof(node));
	if (head != NULL)//头节点不带数据，数据域不用管，但是指针域的指针需要做初始化
	{
		head->next = NULL;
	}
	return head;
}

//创建节点
node *create_node(Database data)
{
	node *new = malloc(sizeof(node));
	if (new != NULL)
	{
		new->data = data;
		new->next = NULL;
	}
	return new;
}



void insert_head(node *head, node *new)
{
	new->next = head->next;
	head->next = new;
}

void insert_sort_tail(node *head, node *new)
{
	if (head->next == NULL)
	{
		head->next = new;
	}
	else
	{
		//定义一个中间变量，防止头节点的地址发生改变
		node *p = head;
		while(p->next != NULL)
		{
			if(p->next->data > new->data)
			{
				insert_head(p, new);
				return ;
			}
			p = p->next;
		}
		p->next = new;
	}
}


//遍历
void display(node *head)
{
	node *p = head;
	int i = 0;
	while(p->next != NULL)
	{
		p = p->next;
		printf("%s%d", i>0?"->":"", p->data);
		i++;
	}
	printf("\n");
}

//查找节点
node *find_node(node *head, Database data)
{
	node *p = head;
	while(p->next != NULL)
	{
		if (p->next->data == data)
		{
			return p->next;
		}
		p = p->next;
	}
	return NULL;
}

//删除节点，链表里面数据唯一的情况，只删除一个
bool delete_node(node *head, Database data)
{
	node *p = head;
	while(p->next != NULL)
	{
		if (p->next->data == data)//p->next是不是就是我们要删除的节点
		{
			node *dele = p->next;
			p->next = dele->next;
			free(dele);
			dele = NULL;
			return true;
		}
		p = p->next;
	}

	return false;
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
	node *head = init_list();
	int n;
	printf("自定义一个简单链表\n");
	while(1)
	{	
		
		scanf("%d", &n);
		if (n>0)//插入链表
		{
			if (!find_node(head, n))
			{
				//插入
				insert_sort_tail(head, create_node(n));
			}
		}
		else if (n<0)//删除节点
		{	
			if(!delete_node(head, -n))
			{
				printf("链表里面没有这个节点\n");
			}
		}
		else//遍历链表
		{	
			display(head);
		}
	}
	return 0;
}

我们不难看出，当我们输入自定义的链表并在最后补上0，程序将会输出我们的链表，当我们输入一个正数8的时候，程序会把8放在位于第八位的节点上，输入0再次遍历即可得到结果。最后输入-5 将会删除位于第五位的节点。

单链表的讲解就到这里啦~

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