（C或C++）大笨蛋也能看懂的数据结构 第一章 前置知识链表

• 看本文章至少了解C语言基础：一直要学到指针，结构体才能算完

    这部分请自行学习，推荐视频：郝斌C语言
    网上也有同学推荐翁凯C，但我没有看过。    
    免责声明（免骂声明）：
  该文章仅用于启发基础不好的同学，不能替代教材，
    也无法与好文章和好老师相提并论。对于学霸和基础很牢的同学，这篇文章可能没有价值，甚至可能误人子弟。
    文章中存在很多疏漏和不足之处，能力有限，欢迎学霸提供修改意见，定从善如流。
    本文仅供参考。  
    文章中展示的代码只是我学习时写下的笔记，并非精炼的算法，
    可能存在冗余和不够聪明的操作。这些代码仅供参考，不能经受深入的推敲。       
    全文仅作为抛砖引玉之用，希望读者在阅读后能更好地理解课本和其他教学视频。
    本章主要讲链表的知识。包括链表的创建，以及增删改查。
  

先来展示代码

   我是用C语言写的，C与C++一脉相承，一法通百法通，大家可以自行尝试用C++写。

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 推荐大家直接复制到软件中看，文章中虽然用代码块框起来了，
 但仍旧是难以入目，而且这也不能运行，不如复制到软件中。
 我使用的是VS2022，但VScode，clion，甚至VC++什么的都可以，
 只要方便大家看代码就行，君子不器，没必要纠结工具。

#include <stdio.h>
#include<malloc.h>
typedef struct List
{
	int data;//数据域
	struct List* pNext; //指针域
}LT, * PLT;
//第8行基于typedef。
//ST表示 struct List
//PST 表示 struct List *。
PLT Create(PLT pHead);
void Travel(PLT pHead);
bool Insert(PLT pHead, int val);
bool Delete(PLT pHead, int pos,int* pVal);
bool Change(PLT pHead, int pos, int val);
bool Search(PLT pHead, int pos, int*val);
//pos position：位置 val：值
int main(void)
{
	PLT pHead = NULL;
	pHead = Create(pHead);
	int val = 0;
	for (int i = 1;i <= 5; i++)//增加五个节点
	{
		Insert(pHead,  i);
		val++;
	}
	
	Delete(pHead, 1, &val);
	//此处删除1号节点测试
	printf("%d\n", val);
	Travel(pHead);
	Change(pHead, 2, 999);
	Search(pHead, 4, &val);
	printf("%d\n", val);
	Travel(pHead);
	return 0;
}

void Travel(PLT pHead)
{	
	PLT p = pHead->pNext;//头节点的指针域，指向第一个节点的指针（地址）
	while (NULL != p)//最后一个节点指针域为 NULL
	{
		printf("%d ", p->data);//节点数据域中的数据
		p = p->pNext;//下一个节点的指针域。
	}
	printf("\n");
	return;
}

/*
头节点：
首节点：第一个有效信息节点
尾节点：最后一个有效节点
头指针：指向头节点的指针变量
尾指针：指向尾节点的指针变量
如果希望通过一个函数来对链表进行处理，我们至少需要接收链表的哪些参数。
答案:只要头指针就行了
只要头指针就可以推算出链表中其他的所有参数
节点：数据|指向下一个节点的指针。
*/

/*
分类：
单链表
双链表：每个节点有两个指针域。

循环链表:能通过任意一个节点找到其他所有的节点。
非循环链表
*/
/*
 增删改查
*/
	
PLT Create(PLT pHead)
{
	pHead = (PLT)malloc(sizeof(LT));
	if(pHead!=NULL)
	{
		pHead->pNext = NULL;
		return pHead;
	}
	else
		return NULL;
}
bool Insert(PLT pHead,  int val)
{
	PLT pNew = (PLT)malloc(sizeof(LT));
	if (pNew == NULL)
		{
			// 处理内存分配失败的情况
			return false;
		}
	PLT pTail = pHead;
	while (pTail->pNext != NULL)
	{
		pTail = pTail->pNext;
	}
	pNew->data = val;
	pTail->pNext = pNew;
	pNew->pNext = NULL;
	//pTail = pNew;
	return true;
}
bool Delete(PLT pHead, int pos ,int* pVal)
//在第pos个节点删除一个节点！pos从1开始
{
	int i = 1;
	int flag = 0;
	PLT q= pHead;
	PLT p =pHead->pNext ;
	while (p != NULL)
	{
		if (pos == i)
		{
			q->pNext = p->pNext;
			*pVal = p->data;
			flag = 1;
			free(p);
			break;
		}
		p = p->pNext;
		q = q->pNext;
		i++;
	}

	if (flag == 1)
		return true;
	else
		return false;

}
bool Change(PLT pHead, int pos, int Val)
{
	int flag = 0;//判定是否实现了操作
	int i = 1;//用这个判断是否找到了节点
	PLT p = pHead;
	
	while (p->pNext != NULL)
	{
		if (i == pos)
		{
			p->pNext->data = Val;
			flag = 1;

			break;
		}
		i++;
		p = p->pNext;
	}
	
	if (flag == 1)
		return true;
	else
		return false;
}
bool Search(PLT pHead, int pos, int*pVal)

{
	int flag = 0;//判定是否实现了操作
	int i = 1;
	PLT p;
	p = pHead->pNext;
	while (p != NULL)
	{
		if (i == pos)
		{
			*pVal=p->data;
			flag = 1;
			break;
		}
		i++;
		p = p->pNext;
	}

	if (flag == 1)
		return true;
	else
		return false;
}

下面开始讲解 分为链表略讲，结构体，主函数，以及增删改查函数几个分块。

---

链表略讲（单链表为主）

什么是链表？

    链表一种动态数据存储方式，很方便后序增删。    
    重点术语：头节点（头指针），首元节点，前驱，后继，尾节点。   
    想象一下链表就像是**火车**，每个车厢（**节点**）里都装着一段货物（**数据**），
    而每个车厢里都有一扇门（**指针**），这扇门通向下一个车厢（**节点**）。     
    火车头就像是链表的**头节点**，从火车头开始，
    我们可以一个接一个地打开每节车厢的门，逐个查看或修改里面的货物。       
    第一节真正装有有效货物的车厢就是**首元节点（第一个储存了有效数据的节点）。
    而通过门连接着两节车厢，前者是**后者的前驱**，后者是**前者的后继。**

   这样的结构允许我们在不需要调整一整列车厢的情况下，
   方便地在两节车厢之间插入或删除车厢。这灵活性就是链表相较于数组的优势。

  而如果我们要在尾端插入一个节点（车厢）我们有两种方法<br />      **一个是**从车头开始看起，一节节车厢开门，直到有节车厢开了门后发现后面没有车厢了，那让新的车厢直接连接到这节就行了。但这样做每次都要一个个看过去。<br />      **所以有了第二个方法**，尾指针。我们只要有第二个标志物：**车尾**。在车厢一节节增加的过程中，不断标志最尾端的车厢就行了，当所有车厢连起来后摇，它自然指向了尾节点。当要加入新车厢时，只要把它连接到车尾（**尾指针**）就行了。

（单链表通俗意义上讲就是每个节点只含一个指针。自然我们有双链表等等链表，但一法通百法通，dddd。）

链表好处

    诸如数组之类的存储结构都需要预先给定存储个数，所开辟的空间是连续的。而且后续要增加或者删除数据很麻烦。<br />       
    如果我有一堆占用空间极大的并且不确定个数的同类型数据要存储，且后续增删操作很频繁。那么数组就不是那么好用了，因为我的计算机不一定正好有那么多连续的空间给这堆数据。<br />       
    链表允许这些数据存储在不连续的空间中，通过指针为引，构成一个完整的存储体系。<br />     
    就如小朋友瞎站，只要他们好好地一个拉一个，那就是可以把所有的小朋友一个不差地点过去。<br />        
    而链表要插入那就只要前一个节点的指针重新指向要插入的指针，
    要插入的节点的指针指向原先的后一个指针就行了。完全不需要挪移地址。
    正如插队，让小朋友把手重新拉就行了。不要小朋友变换位置。

删除也是同理，使前一个节点指向删除节点的指针，让它指向原先由删除节点指针指向的节点，再把删除节点的指针指定为空就行了。

缺点（以单链表为例）

  数组中只要你知道它是第x个你就可以直接接用a［x-1］找到它了。而单链表中你必须从头开始遍历才行。

结构体的定义

typedef struct List
{
	int data;//数据域
	struct List* pNext; //指针域
}LT, * PLT;

如果有朋友不知道结构体是什么的，可以先去看郝斌C语言的相关课程，这里只略讲。

• 夏姬八讲：结构体就是把几种不同的数据类型整合到一起，方便后续定义。比如学生结构体可以包含姓名（string或者char［］），年龄（int），班级（int）等等。
• 定义方法： struct xxx{ }；大括号里面写你要的数据类型 以及名字。还有几种定义方法但此处不讲。

  而用于链表的结构体就要如代码块中所示，需要一个**数据域（代码块中int data）**<br />     和一个**指针域（代码块中structStudent*pNext）**。

    数据域用于存储自己要用的数据，指针域则用于连接一个个节点。

** 指针的本质是存储地址的变量**，正因为每个节点存储了下一个节点的地址我们才能顺藤摸瓜，找到所有节点。

  初学的时候我就很好奇，怎么就能在结构体里用它自己定义一个指针呢，这尼玛不是套娃吗。但是C语言允许这种规则。而且指针本质是存储地址的。结构体自己里面存储一个同类型的节点的地址很合适吧。（有文章讲解这个问题的，但我这里就不多赘述）<br />       另外注意正经算法中，数据域也应该是结构体类型的，一搬会定义一个**struct Data｛｝；**里面存放想要的数据域内容。然后在为链表服务的结构体中这样定义。

struct Student
{
   struct Data data ；
   struct Student * pNext；
}；

PS：本人喜欢在指针前加个p，以区分变量，因为指针是ptr......

为便于理解我就直接定义为int。

而我代码中typedef 作用就是让我们可以偷懒，用typedef修饰后，比如 如下代码。

typedef struct Student
{
    ......
}ST,*PST;

 我们就可以用<br />
 **ST**表示 struct Student。<br />**PST** 表示struct Student *。<br />     
 也可以只定义一个PST，那就去掉逗号和ST就行。<br />     
 如果是要指针，那就要加* 。<br />    
 typedef具体用法与其可以这么做的原因，这里就不讲了。工具会用就行。<br />     
 另外c++中不用**typedef**就可以直接使用结构体名定义对象。

struct Student
{
    ......
};
int main()
{
    Student st1;
    Student* st2；//允许如此
}

   但你如果想要简写比如 ST，PST，
   那你还是要用**typedef**。<br />       
   至此为链表服务的结构体就讲完了。

---

观察主函数

PLT Create(PLT pHead);
void Travel(PLT pHead);
bool Insert(PLT pHead, int val);
bool Delete(PLT pHead, int pos,int* pVal);
bool Change(PLT pHead, int pos, int val);
bool Search(PLT pHead, int pos, int*val);
//pos position：位置 val：值
int main(void)
{
	PLT pHead = NULL;
	pHead = Create(pHead);//创建
	int val = 0;
	for (int i = 1;i <= 5; i++)//增加五个节点
	{
		Insert(pHead,  i);//增加
		val++;
	}
	
	Delete(pHead, 1, &val);//删除
	//此处删除1号节点测试
	printf("%d\n", val);
	Travel(pHead);//遍历
	Change(pHead, 2, 999);//修改
	Search(pHead, 4, &val);//查找
	printf("%d\n", val);
	Travel(pHead);
	return 0;
}

   乍一看，主函数简直一坨，无法入目。所以我们化繁为简。

	pHead = Create(pHead);//创建
	Insert(pHead,  i);//增加
	Delete(pHead, 1, &val);//删除
	Change(pHead, 2, 999);//修改
	Search(pHead, 4, &val);//查找
	Travel(pHead);//遍历

删掉细枝末节后，我们可以看到留下来的是几个现在看起来莫名其妙的函数。
但是细看下来我们又可以发现，这些都是我们需要的内容，其中的**核心无疑是创建与增删以及遍历**。
PS: 如果你现在看不懂形参，那你就别看，思而不学则惘，有时候学不会就是想的太多了。
**我们写程序的时候，可以先搞清楚自己要哪些功能（函数），现在主函数里确定这些函数的名称，无须去管形参与返回什么的，这些东西可以在之后具体的函数构建中慢慢确定。
先把骨架搭配后才能更好的填补内容和外皮。 
写好主函数后，我们差不多可以确定我们要如下这些函数：
**create，insert，delete，change,search,travel。
**以对应**创建，添加，删除，修改，查找，遍历。**

---

函数分讲

Create函数 创建

  **链表到底要怎么创建呢？**<br />      
  初学之时我的大脑是糊的，我总是把数组的思维代进链表，<br />     
  我总是想：我怎么知道到底要几个指针，到底有几个节点，这些我都不知道，我怎么创建链表啊？<br />     
  如果你和我一样纠结这些goushi，那你钻牛角尖了，链表的优点就是不用给出具体个数，随时添加与删除。<br />    
  为什么呢？<br />    
  因为地址，<br />    
  只要我头节点里有首元节点的地址，首元节点里存储下一个节点地址，一个个这样下去。我就可以通过头结点将整条链表遍历。

   就像火车，只要有火车头，并且火车头有门，那我们就可以依靠一扇扇门走过所有车箱。

   根本不用管火车有几个车厢，几个门，你要多少后面接多少车厢就行了。

   **看过托马斯小火车的人都知道，决定一辆火车的是它的头。** 所以我们只需要创建火车头（头节点）那链表就创建成功了！<br />     
   **来看代码：**

PLT Create(PLT pHead)
{
	pHead = (PLT)malloc(sizeof(LT));
	if(pHead!=NULL)
	{
		pHead->pNext = NULL;
		return pHead;
	}
	else
		return NULL;
}

   观察这个Create函数的形参和返回类型，分别是PLT pHead,和PLT 这说明我们要传入一个链表的指针，传回一个链表的指针。而pHead 就是我们了解过的头指针。

  所以就是 这个函数就是传入一个叫头指针的指针，传回一个处理好的真正的头指针。

只要把这个头指针建立好，那么链表就创建完毕。
在主函数中，我们定义好了**pHead**: PLT pHead = NULL; 
这时pHead时一个空指针。
此时它只是叫头指针，但它实则上平平无奇，啥也不是。就如大学生，叫是叫大学生，但只有被大学函数教好了，他才真是一个大学生，否则
把它定义为NULL是为了初始化，并避免它成为野指针。
接着主函数中 会用**pHead**来接收**Create**函数处理好的头指针： pHead =Create(pHead);
接收了返回值的头指针才是真的头指针。
接下来我们就要看Create函数到底做了什么：

pHead = (PLT)malloc(sizeof(LT));
	if(pHead!=NULL)
	{
		pHead->pNext = NULL;
		return pHead;
	}
	else
    {
        return NULL;
    }

首先，Create 函数会用malloc 为pHead 开辟空间。动态开辟后头指针就会一直存在，直到整个程序终结。

正式因为 为它开辟了空间，才使得它能灵活的增删。

我相信大部分人会有疑惑，为什么要动态开辟啊，我不开辟可不可以啊。

静态链表也不是不可以定义，大家都可以定义了试试，但是，这样子它所有的优势荡然无存。

动态开辟保证了，我们只要想增加节点就增加节点，十分灵活。而且我们再创建链表的时候，通常时无法确定我们到底要有几个节点的，所以要动态 开辟。

再问就不礼貌了，有时候问太多为什么要，那你就永远学不会，因为你无法每次都问到答案，一旦问不到，你就给自己设置门槛了!但是我们好像无法抑制这种求知欲。 所以呢，我们可以反其道而行之，多问问为什么不要，你自然回答不上来，那你就会坦然接受了。

PS:大家可以试试Create里面不开辟，那马上编译器就会报错！

​ 接着，我们要判断pHead还是不是空的，因为正常开辟空间后它不会是空的，这一步是检查有没有正常开辟空间，有些人认为这一步可有可无，但这能让程序更安全与更可读。而且有些编译器会因为你没写这一步而报错。 写这一步也是一个良好的习惯！ 如果开辟成功，那就会让pHead 的指针域指针指向空：pHead->pNext = NULL;，避免其成为野指针。 最后把实至名归的头指针传回去。

else

return NULL;

但是如果没有正常开辟，那就会返回NULL,是pHead还是原来那个空指针。后续的操作必会报错。

---

Insert函数 增加

​ 之所以第二个讲这个，是因为里面也涉及到了动态开辟。

代码如下：

bool Insert(PLT pHead,  int val)
{
	PLT pNew = (PLT)malloc(sizeof(LT));
	if (pNew == NULL)
		{
			// 处理内存分配失败的情况
			return false;
		}
	PLT pTail = pHead;
	while (pTail->pNext != NULL)
	{
		pTail = pTail->pNext;
	}
	pNew->data = val;
	pTail->pNext = pNew;
	pNew->pNext = NULL;
	pTail = pNew;
	return true;
}

​ 首先，它的返回值是一个bool 值，只有true 和false 两种状态，因为增加节点，我们只需要知道它成功了没有，不用返回什么其他东西。当然你把增加后新的pHead 返回也可以，具体情况具体定义。

形参则是：pHead 头节点与Val值，也就是说传入一个链表与要插入的节点的值。这好像没什么好讲的，正如连接车厢，你自然要告诉工人是哪辆火车，以及这节车厢里要装什么。

当然如果你再主函数里，就把节点定义好了。那你直接把节点传进去也行。

开门见山就是一个动态开辟，pNew被开辟了空间，pNew在这里也是工具指针，代指每次的新节点。这里动态开辟就更必要了，你不动态开辟空间，函数运行完后，就直接把pNew给自动释放了，程序直接出错。动态开辟也涉及到变量的生命周期问题，一般变量会在其作用域结束时被释放。动态开辟会给他们续命。

** if (pNew == NULL) { // 处理内存分配失败的情况**

** return false; }**

这几行又是用来检查开辟是否成功的，不多言了。

PLT pTail = pHead;
	while (pTail->pNext != NULL)
	{
		pTail = pTail->pNext;
	}
	pNew->data = val;
	pTail->pNext = pNew;
	pNew->pNext = NULL;
	//pTail = pNew;

​ 这几行就是核心操作了，我们会先定义一个尾节点使它先指向头结点。然后经过while 循环，找到那个pNext 指向空的节点，让pTail 指向它。这时尾节点才是真正的尾节点。

PS:这里可能有同学看不懂p=p->pNext ,p->pNext就是p的后一个节点。将它赋给p，就可以让工具节点在链表中一个个后移，就像人通过火车门把车厢一个个走过去一样。这是增删改查和遍历中最核心的操作。

每次进到这个函数种时它都会进入while 循环遍历链表，然后才指向尾端。有想法的同志可以试试第二种方法，那种在C++种用类 更好实现。

找到尾指针了后，有pNew->data = val;这是把货物装上车厢。

然后就是连接操作了。

首先是让尾指针的指针链接到新节点：pTail->pNext = pNew;

然后再把新节点的指针域指针设置为空：pNew->pNext = NULL; 防止它变为野指针。

** **本来应该有pTail指向pNew的操作，意图是让pTail永远指向尾端，但我们实际上用的是第一种插入法，所以这步冗余了。

这就是插入的要点了。

Travel函数 遍历

p->pNext就是p的后一个节点。将它赋给p，就可以让工具节点在链表中一个个后移，就像人通过火车门把车厢一个个走过去一样。这是增删改查和遍历中最核心的操作。

 我直接引用我自己的话，
 这也是遍历的核心。
 就是让人通过火车门将车厢全部走一遍，清点其中的货物。<br />     

void Travel(PLT pHead)
{	
	PLT p = pHead->pNext;//头节点的指针域，指向第一个节点的指针（地址）
	while (NULL != p)//最后一个节点指针域为 NULL
	{
		printf("%d ", p->data);//节点数据域中的数据
		p = p->pNext;//下一个节点的指针域。
	}
	printf("\n");
	return;
}

​ 因为内置了输出，所以这个函数不需要返回值。

首先函数中定义了一个工具指针，直接让它等于pHead->pNext;因为遍历是要遍历真正存储了数据的有效节点，所以把它设置为头指针没什么意义，但也不是不可以。

接着就是while 循环，只要没有到末尾，也就是p为空的情况，那就以会进行循环。每次都会 **printf("%d ", p->data);**输出节点的数据域的值，然后将指针挪到下一节点：p = p->pNext;

最后用return结束这个函数。也宣告遍历结束。实际算法中遍历其实十分重要，即使遍历，通过对输出的观察，可以让我们更容易发现自己的错误。

但是正经算法函数中一般不能出现输入输出。一般放在主函数里。

Delete Change Search删改查 函数

之所以放在一起讲，
    是因为它们大抵是Insert和Travel的换皮。
    如果你已经明白了Insert和Travel,那你很容易模仿出来这三个函数。

bool Delete(PLT pHead, int pos ,int* pVal)
//在第pos个节点删除一个节点！pos从1开始
{
	int i = 1;
	int flag = 0;
	PLT q= pHead;
	PLT p =pHead->pNext ;
	while (p != NULL)
	{
		if (pos == i)
		{
			q->pNext = p->pNext;
			*pVal = p->data;
			flag = 1;
			free(p);
			break;
		}
		p = p->pNext;
		q = q->pNext;
		i++;
	}

	if (flag == 1)
		return true;
	else
		return false;

}

bool Change(PLT pHead, int pos, int Val)
{
	int flag = 0;//判定是否实现了操作
	int i = 1;//用这个判断是否找到了节点
	PLT p = pHead;
	
	while (p->pNext != NULL)
	{
		if (i == pos)
		{
			p->pNext->data = Val;
			flag = 1;

			break;
		}
		i++;
		p = p->pNext;
	}
	
	if (flag == 1)
		return true;
	else
		return false;
}

bool Search(PLT pHead, int pos, int*pVal)

{
	int flag = 0;//判定是否实现了操作
	int i = 1;
	PLT p;
	p = pHead->pNext;
	while (p != NULL)
	{
		if (i == pos)
		{
			*pVal=p->data;
			flag = 1;
			break;
		}
		i++;
		p = p->pNext;
	}

	if (flag == 1)
		return true;
	else
		return false;
}

​ 它们都会接收链表pHead ，以及要操作节点的位置pos ,以及一个Val 或者pVal 。
Change 用val 一个整形变量，是因为它只要用这个Val 替换掉pos 位置的节点的数据域。

而Delete 和Search 用pVal ,一个指针，是因为在主函数中要接收，这两个函数所操作的那个节点的指针域，如果不用指针，那主函数的实参是不会随着函数的形参变化的。

三个函数都有i 和flag ,前者是用来和pos 对比的，它是while 循环结束的一个隐含的条件,一旦有匹配的i 和pos ,那就表明找到了要操作的节点，于是会进入if分支进行核心操作：删除，更改，或者查询。然后break跳出循环。而flag 则是一个成功操作与否的工具变量 ，可以指示是否完成了操作，之后，可以根据它的值来确定返回什么。

这三个函数的核心代码咯留给大家自己慢慢看。

至此，链表我们就讲完了。

如果你觉得有用，请给我留言。

如果你还有疑问，请在评论区打出。

如果你有更好的建议，也请留言。

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