C语言对单链表所有操作与一些相关面试题

telllong2023-09-10 21:39

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单链表的特性

单链表的所有操作

定义一个单链表

创建一个链表头

插入数据(头插法)

插入数据(尾插法)

查找节点

修改数据节点

删除节点

打印数据

销毁链表

翻转链表

打印链表长度

冒泡排序

快排

堆排

查找倒数第K个节点（双指针法）

完整测试代码

单链表的特性

单链表是一种线性数据结构，它由一系列的节点组成，每个节点包含一个数据域和一个指向下一个节点的指针域。单链表的特性有：

  • 单链表的长度是可变的，可以动态地插入和删除节点。
  • 单链表的访问是顺序的，要访问某个节点，必须从头节点开始遍历，直到找到该节点或者到达链表尾部。
  • 单链表不需要连续的内存空间，可以利用零散的空间存储数据。
  • 单链表的优势是：
    • 插入和删除操作比较简单，只需要修改指针域即可，不需要移动其他节点。
    • 单链表可以实现一些特殊的功能，如栈、队列、循环链表等。
  • 单链表的劣势是：
    • 访问操作比较慢，需要遍历整个链表，时间复杂度为O(n)。
    • 单链表需要额外的空间存储指针域，增加了空间开销。
    • 单链表容易产生内存碎片，如果频繁地插入和删除节点，可能导致内存不连续。

单链表的所有操作

定义一个单链表

// 声明并定义个单链表结构体
typedef struct _ListNode
{
    int val;                //数据 成员变量
    struct _ListNode * next;//结构体调用自己的类型
}ListNode;

创建一个链表头

void listCreate(ListNode *node)
{
    //初始化链表内数据
    node->val = -1;
    node->next = NULL;
}

插入数据(头插法)

void listInsert(ListNode *node, int data)
{
    // 创建一个节点,并申请内存
    ListNode *t_node = (ListNode *)malloc(sizeof(ListNode));

    //  节点内容赋值
    t_node->val = data;
 
    //   头插法，新数据在前
    t_node->next = node->next;
    node->next = t_node;
}

插入数据(尾插法)

void listTailInsert(ListNode *node, int data)
{
    // 创建一个节点
    ListNode *t_node = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
    
    // 节点内容赋值
    t_node->val = data;
    t_node->next = NULL;
    
    // 声明一个尾节点
    ListNode* t_tail = node;

    // 获取最后一个节点
    while(t_tail->next != NULL)
    {
        // 后移
        t_tail = t_tail->next;
    }
    //添加节点
    t_tail->next = t_node;
}

查找节点

ListNode* listFind(ListNode *node, int data)
{
    //申明一个空节点
    ListNode *t_node = NULL;
    
    //遍历链表
    ListNode *t_temp;
    for(t_temp = node->next; t_temp != NULL; t_temp = t_temp->next)
    {
        //如果找到该节点
        if(t_temp->val == data)
        {
            t_node = t_temp;
            //跳出循环
            break;
        }
    }
    return t_node;
}

修改数据节点

void listModify(ListNode *node, int oldData, int newData)
{
    // 查找值是否存在
    ListNode *t_node = listFind(node, oldData);
    
    // 判断值是否存在
    if(t_node == NULL)
    {
        printf("该值不存在\n");
        return;
    }
    t_node->val = newData;
}

删除节点

void listDelete(ListNode *node, int data)
{
    // 查找是否存在改制的数据
    ListNode *t_node = listFind(node, data);
    
    // 如果该值对应的节点不存在
    if(NULL == t_node)
    {
        printf("该值不存在\n");
        return;
    }

    // 求出被删节点的前一个节点
    ListNode *t_prev = node;
    
    // 遍历链表
    while(t_prev->next != t_node)
    {
        t_prev = t_prev->next;
    }

    // 前一个节点的next指向被删除节点的下一个节点
    t_prev->next = t_node->next;
    // 释放内存
    free(t_node);
    // 指针置空
    t_node = NULL;
}

打印数据

void listDisplay(ListNode *node)
{
    // 遍历链表
    ListNode *t_temp;
    
    for(t_temp = node->next; t_temp != NULL; t_temp = t_temp->next)
    {
        printf("%d ",t_temp->val);
    }
    printf("\n");
}

销毁链表

void listDestroy(ListNode *node)
{
    // 遍历链表
    ListNode *t_temp = node->next;
    
    while(t_temp != NULL)
    {
        // 先将当前节点保存
        ListNode *t_node = t_temp;
        // 移动到下一各节点
        t_temp = t_temp->next;
        // 释放保存内容的节点
        free(t_node);
    }
}

翻转链表

void listReverse(ListNode *node)
{
    ListNode * head = NULL, *now = NULL, *temp = NULL;
    head = node->next;
    // head是来保存我们翻转以后链表中的头节点的
    now = head->next;
    // now用来保存我们当前待处理的节点
    head->next = NULL;
    // 一定要置为NULL，否则可能导致循环
 
    while(now)
    {
        temp = now->next; // 利用一个临时指针来保存下一个待处理的节点
        
        now->next = head; // 将当前节点插入到逆序节点的第一个节点之前，并更改head指向
        
        head = now;
        node->next = head; // 使链表头指针指向逆序后的第一个节点
        
        now = temp; // 更新链表到下一个待处理的节点
    }
}

打印链表长度

int listLength(ListNode *node)
{
    ListNode *t_temp;
    int t_length = 0;
    for(t_temp = node->next; t_temp != NULL; t_temp = t_temp->next)
    {
        t_length++;
    }
    return t_length;
}

冒泡排序

void listBubbleSort(ListNode *node)
{
    int t_length = listLength(node);
    int i,j;
    ListNode *t_temp;
    for(i = 0; i < t_length; i++)
    {
        t_temp = node->next;
        for(j = 0;j < t_length - i - 1; j++)
        {
            if(t_temp->val > t_temp->next->val)
            {
                int t_data = t_temp->val;
                t_temp->val = t_temp->next->val;
                t_temp->next->val = t_data;
            }
            t_temp = t_temp->next;
        }
    }
}

快排

void quickSort(struct _ListNode *head, struct _ListNode *tail) {
    // 如果链表为空或只有一个节点，直接返回
    if (head == NULL || head == tail) return;
    // 定义两个指针p和q，用于分割链表
    struct _ListNode *p = head, *q = head->next;
    // 选取第一个节点作为基准值
    int pivot = head->val;
    // 遍历链表，将小于基准值的节点放到p的后面
    while (q != tail->next) {
        if (q->val < pivot) {
            p = p->next;
            // 交换p和q指向的节点的值
            int temp = p->val;
            p->val = q->val;
            q->val = temp;
        }
        q = q->next;
    }
    // 交换head和p指向的节点的值，使得p指向的节点为基准值
    int temp = head->val;
    head->val = p->val;
    p->val = temp;
    // 对左右两部分递归进行快速排序
    quickSort(head, p);
    quickSort(p->next, tail);
}

堆排

// 待实现

查找倒数第K个节点（双指针法）

ListNode* listFindKthToTail(ListNode *node, int k)
{
    // 超过长度直接返回空
    if(node == NULL || k >= listLength(node))return NULL;

    ListNode *first = node, *second = node;
    for(int i = 0; i < k; i++){
        first = first->next;
    }

    while (first)
    {
        first = first->next;
        second = second->next;
    }
    return second;
}

完整测试代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
// 声明并定义个单链表结构体
typedef struct _ListNode
{
    int val;                //数据 成员变量
    struct _ListNode * next;//结构体调用自己的类型
}ListNode;
 
 
/**
 * 创建链表
*/
void listCreate(ListNode *node)
{
    //初始化链表内数据
    node->val = -1;
    node->next = NULL;
}
 
/**
 * 插入数据,头插法
*/
void listInsert(ListNode *node, int data)
{
    // 创建一个节点,并申请内存
    ListNode *t_node = (ListNode *)malloc(sizeof(ListNode));

    //  节点内容赋值
    t_node->val = data;
 
    //   头插法，新数据在前
    t_node->next = node->next;
    node->next = t_node;
}

/**
 * 插入数据,尾插法
*/
void listTailInsert(ListNode *node, int data)
{
    // 创建一个节点
    ListNode *t_node = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
    
    // 节点内容赋值
    t_node->val = data;
    t_node->next = NULL;
    
    // 声明一个尾节点
    ListNode* t_tail = node;

    // 获取最后一个节点
    while(t_tail->next != NULL)
    {
        // 后移
        t_tail = t_tail->next;
    }
    //添加节点
    t_tail->next = t_node;
}

/**
 * 查找数据
*/
ListNode* listFind(ListNode *node, int data)
{
    //申明一个空节点
    ListNode *t_node = NULL;
    
    //遍历链表
    ListNode *t_temp;
    for(t_temp = node->next; t_temp != NULL; t_temp = t_temp->next)
    {
        //如果找到该节点
        if(t_temp->val == data)
        {
            t_node = t_temp;
            //跳出循环
            break;
        }
    }
    return t_node;
}
 
/**
 * 修改数据
*/
void listModify(ListNode *node, int oldData, int newData)
{
    // 查找值是否存在
    ListNode *t_node = listFind(node, oldData);
    
    // 判断值是否存在
    if(t_node == NULL)
    {
        printf("该值不存在\n");
        return;
    }
    t_node->val = newData;
}
 
/**
 * 删除数据
*/
void listDelete(ListNode *node, int data)
{
    // 查找是否存在改制的数据
    ListNode *t_node = listFind(node, data);
    
    // 如果该值对应的节点不存在
    if(NULL == t_node)
    {
        printf("该值不存在\n");
        return;
    }

    // 求出被删节点的前一个节点
    ListNode *t_prev = node;
    
    // 遍历链表
    while(t_prev->next != t_node)
    {
        t_prev = t_prev->next;
    }

    // 前一个节点的next指向被删除节点的下一个节点
    t_prev->next = t_node->next;
    // 释放内存
    free(t_node);
    // 指针置空
    t_node = NULL;
}
 
/**
 * 打印数据
*/
void listDisplay(ListNode *node)
{
    // 遍历链表
    ListNode *t_temp;
    
    for(t_temp = node->next; t_temp != NULL; t_temp = t_temp->next)
    {
        printf("%d ",t_temp->val);
    }
    printf("\n");
}
 
/**
 * 销毁链表
*/
void listDestroy(ListNode *node)
{
    // 遍历链表
    ListNode *t_temp = node->next;
    
    while(t_temp != NULL)
    {
        // 先将当前节点保存
        ListNode *t_node = t_temp;
        // 移动到下一各节点
        t_temp = t_temp->next;
        // 释放保存内容的节点
        free(t_node);
    }
}
 
 
/**
 * 翻转链表
*/
void listReverse(ListNode *node)
{
    ListNode * head = NULL, *now = NULL, *temp = NULL;
    head = node->next;
    // head是来保存我们翻转以后链表中的头节点的
    now = head->next;
    // now用来保存我们当前待处理的节点
    head->next = NULL;
    // 一定要置为NULL，否则可能导致循环
 
    while(now)
    {
        temp = now->next; // 利用一个临时指针来保存下一个待处理的节点
        
        now->next = head; // 将当前节点插入到逆序节点的第一个节点之前，并更改head指向
        
        head = now;
        node->next = head; // 使链表头指针指向逆序后的第一个节点
        
        now = temp; // 更新链表到下一个待处理的节点
    }
}
 
 
/**
 * 求长度
*/
int listLength(ListNode *node)
{
    ListNode *t_temp;
    int t_length = 0;
    for(t_temp = node->next; t_temp != NULL; t_temp = t_temp->next)
    {
        t_length++;
    }
    return t_length;
}
 
 
/**
 * 冒泡排序
*/
void listBubbleSort(ListNode *node)
{
    int t_length = listLength(node);
    int i,j;
    ListNode *t_temp;
    for(i = 0; i < t_length; i++)
    {
        t_temp = node->next;
        for(j = 0;j < t_length - i - 1; j++)
        {
            if(t_temp->val > t_temp->next->val)
            {
                int t_data = t_temp->val;
                t_temp->val = t_temp->next->val;
                t_temp->next->val = t_data;
            }
            t_temp = t_temp->next;
        }
    }
}

/**
 * 定义快速排序算法
*/
void quickSort(struct _ListNode *head, struct _ListNode *tail) {
    // 如果链表为空或只有一个节点，直接返回
    if (head == NULL || head == tail) return;
    // 定义两个指针p和q，用于分割链表
    struct _ListNode *p = head, *q = head->next;
    // 选取第一个节点作为基准值
    int pivot = head->val;
    // 遍历链表，将小于基准值的节点放到p的后面
    while (q != tail->next) {
        if (q->val < pivot) {
            p = p->next;
            // 交换p和q指向的节点的值
            int temp = p->val;
            p->val = q->val;
            q->val = temp;
        }
        q = q->next;
    }
    // 交换head和p指向的节点的值，使得p指向的节点为基准值
    int temp = head->val;
    head->val = p->val;
    p->val = temp;
    // 对左右两部分递归进行快速排序
    quickSort(head, p);
    quickSort(p->next, tail);
}

/**
 * 快速排序
*/
void listQuickSort(ListNode *node)
{
    ListNode *tail = node->next;
    while (tail->next)
    {
        tail = tail->next;
    }
    quickSort(node, tail);
}

/**
 * 堆排序
*/
void listHeapSort(ListNode *node)
{

}

/**
 * 获取链表倒数第k个节点,双指针方法
*/
ListNode* listFindKthToTail(ListNode *node, int k)
{
    // 超过长度直接返回空
    if(node == NULL || k >= listLength(node))return NULL;

    ListNode *first = node, *second = node;
    for(int i = 0; i < k; i++){
        first = first->next;
    }

    while (first)
    {
        first = first->next;
        second = second->next;
    }
    return second;
}

/**
 * 测试所有函数是否正确有效
*/
int main(int argc, char* argv[])
{
    //创建一个ListNode变量
    ListNode node;
 
    //创建链表
    listCreate(&node);
 
 
    int i = 0;
    for(i = 0;i < 10;i++)
    {
#if 0  
        listInsert(&node,i); // 插入数据头插法
#else
        listTailInsert(&node, i); // 插入数据尾插法
#endif
    }
    listDisplay(&node);

    ListNode* nodeFind = listFind(&node, 3);
    if(nodeFind)
        printf("listFind:%d\n", nodeFind->val);  

    const int k = 5;
    ListNode* nodeFindK = listFindKthToTail(&node, k);
    if(nodeFindK)
        printf("listFindKthToTail step:%d :%d\n", k, nodeFindK->val);  
    

    listModify(&node, 1, 999); //修改节点1为999
    listDisplay(&node);
    
    listDelete(&node, 5); // 删除节点5
    listDisplay(&node);
    
    
    // listBubbleSort(&node); // 冒泡排序
    listQuickSort(&node);    // quick sort
    listDisplay(&node);   // 打印链表数据
    
    listReverse(&node);       // 翻转链表
    
    listDisplay(&node);   // 打印反转后的链表
    listDestroy(&node);   // 销毁链表
    return 0;
}
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