【数据结构】顺序表与单链表的增删查改

Q_hd2023-12-31 19:13

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前言

在计算机编程领域，数据结构是非常重要的基础知识之一。顺序表和单链表作为常见的线性数据结构，在实际的软件开发中被广泛应用。本文将介绍了C语言中顺序表和单链表的实现方式，并对其进行了增删查改操作的详细讲解。通过阅读本文，读者将能够深入了解顺序表和单链表的底层实现原理，掌握它们的基本操作及相关的代码编写技巧。

顺序表增删查改

当今计算机编程领域中最重要的数据结构之一是顺序表。顺序表是一种线性表，其中的元素在内存中按照顺序存储，可以通过下标来访问。本文将介绍一个简单的顺序表实现，并对其进行增删查改操作。

顺序表的定义与初始化

首先，我们需要定义一个结构体来表示顺序表，并声明一些相关的变量和函数。顺序表的结构体包含一个动态数组 a，用于存储数据；size 表示当前顺序表中元素的个数；capacity 表示顺序表的容量，即当前数组 a 的大小。

c 复制代码 
typedef int SLDateType;
typedef struct SeqList
{
	SLDateType* a;
	int size;
	int capacity;
}SeqList;

void SeqListInit(SeqList* ps);
void SeqListDestroy(SeqList* ps);
void SeqListPrint(SeqList* ps);
void SeqListPushBack(SeqList* ps, SLDateType x);
void SeqListPushFront(SeqList* ps, SLDateType x);
void SeqListPopFront(SeqList* ps);
void SeqListPopBack(SeqList* ps);
int SeqListFind(SeqList* ps, SLDateType x);
void SeqListInsert(SeqList* ps, int pos, SLDateType x);
void SeqListErase(SeqList* ps, int pos);

在初始化顺序表之前，我们需要实现一个辅助函数 SLCheckCapacity，用于检查顺序表的容量，并在需要时进行扩容。

c 复制代码 
void SLCheckCapacity(SeqList* ps)
{
	assert(ps);
	if (ps->size == ps->capacity)
	{
		int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		SLDateType* tmp = realloc(ps->a, newCapacity * sizeof(SLDateType));
		if (tmp == NULL)
		{
			printf("realloc fail!\n");
			exit(-1);
		}
		ps->a = tmp;
		ps->capacity = newCapacity;
	}
}

接下来，我们实现顺序表的初始化函数 SeqListInit 和销毁函数 SeqListDestroy。

c 复制代码 
void SeqListInit(SeqList* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = ps->size = 0;
}

void SeqListDestroy(SeqList* ps)
{
	assert(ps);
	if (ps->a)
	{
		free(ps->a);
		ps->a = NULL;
		ps->capacity = ps->size = 0;
	}
}

增删查改操作

顺序表的增删查改操作是对数据进行管理的核心部分。我们实现了以下函数来完成这些操作：

  • SeqListPrint：打印顺序表中的所有元素。
  • SeqListPushBack：在顺序表的末尾插入一个元素。
  • SeqListPushFront：在顺序表的头部插入一个元素。
  • SeqListPopFront：从顺序表的头部删除一个元素。
  • SeqListPopBack：从顺序表的末尾删除一个元素。
  • SeqListFind：在顺序表中查找指定元素，并返回其索引位置。
  • SeqListInsert：在顺序表的指定位置插入一个元素。
  • SeqListErase：从顺序表的指定位置删除一个元素。
c 复制代码 
void SeqListPrint(SeqList* ps)
{
	assert(ps);
	for (int i = 0; i < ps->size; ++i)
	{
		printf("%d ", ps->a[i]);
	}
	printf("\n");
}

void SeqListPushBack(SeqList* ps, SLDateType x)
{
	SeqListInsert(ps, ps->size, x);
}

void SeqListPushFront(SeqList* ps, SLDateType x)
{
	SeqListInsert(ps, 0, x);
}

void SeqListPopFront(SeqList* ps)
{
	SeqListErase(ps, 0);
}

void SeqListPopBack(SeqList* ps)
{
	SeqListErase(ps, ps->size - 1);
}

int SeqListFind(SeqList* ps, SLDateType x)
{
	assert(ps);
	for (int i = 0; i < ps->size; ++i)
	{
		if (ps->a[i] == x) return i;
	}
	return -1;
}

void SeqListInsert(SeqList* ps, int pos, SLDateType x)
{
	assert(ps);
	assert(pos >= 0 && pos <= ps->size);
	SLCheckCapacity(ps);
	memmove(ps->a + pos + 1, ps->a + pos, (ps->size - pos) * sizeof(SLDateType));
	ps->a[pos] = x;
	ps->size++;
}

void SeqListErase(SeqList* ps, int pos)
{
	assert(ps);
	assert(pos >= 0 && pos < ps->size);
	memmove(ps->a + pos, ps->a + pos + 1, (ps->size - pos - 1) * sizeof(SLDateType));
	ps->size--;
}

测试代码

为了验证顺序表的正确性，我们编写了一个简单的测试代码。在测试代码中，我们创建了一个顺序表，并进行了一系列的增删查改操作。

c 复制代码 
int main()
{
	SeqList sl;
	SeqListInit(&sl);
	SeqListPushBack(&sl, 1);
	SeqListPushBack(&sl, 2);
	SeqListPushBack(&sl, 3);
	SeqListPushBack(&sl, 4);
	SeqListPushBack(&sl, 5);
	SeqListPushBack(&sl, 6);
	SeqListPushBack(&sl, 7);
	SeqListPushBack(&sl, 8);
	printf("PushBack 测试(尾插8个数):\n");
	SeqListPrint(&sl);

	SeqListPushFront(&sl, 9);
	SeqListPushFront(&sl, 9);
	SeqListPushFront(&sl, 9);
	printf("PushFront 测试(头插三个9):\n");
	SeqListPrint(&sl);

	SeqListPopFront(&sl);
	SeqListPopFront(&sl);
	SeqListPopFront(&sl);
	printf("PopFront 测试(头删三个数):\n");
	SeqListPrint(&sl);

	SeqListPopBack(&sl);
	SeqListPopBack(&sl);
	printf("PopBack 测试(尾删两个数):\n");
	SeqListPrint(&sl);

	printf("Find 测试(找5和8):\n");
	int pos = SeqListFind(&sl, 5);
	if (pos != -1) printf("5 在下标为%d的位置\n", pos);
	else printf("%d没找到！\n", 5);
	pos = SeqListFind(&sl, 8);
	if (pos != -1) printf("8 在下标为%d的位置\n", pos);
	else printf("%d 没找到！\n", 8);
	
	SeqListDestroy(&sl);

	return 0;
}

完整代码

c 复制代码 
//SeqList.h
#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

typedef int SLDateType;
typedef struct SeqList
{
	SLDateType* a;
	int size;
	int capacity;
}SeqList;

void SLCheckCapacity(SeqList* ps);

// 对数据的管理:增删查改 
void SeqListInit(SeqList* ps);
void SeqListDestroy(SeqList* ps);

void SeqListPrint(SeqList* ps);
void SeqListPushBack(SeqList* ps, SLDateType x);
void SeqListPushFront(SeqList* ps, SLDateType x);
void SeqListPopFront(SeqList* ps);
void SeqListPopBack(SeqList* ps);

// 顺序表查找
int SeqListFind(SeqList* ps, SLDateType x);
// 顺序表在pos位置插入x
void SeqListInsert(SeqList* ps, int pos, SLDateType x);
// 顺序表删除pos位置的值
void SeqListErase(SeqList* ps, int pos);
c 复制代码 
//Seqlist.c
#include "SeqList.h"

void SLCheckCapacity(SeqList* ps)
{
	assert(ps);
	if (ps->size == ps->capacity)
	{
		int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		SLDateType* tmp = realloc(ps->a, newCapacity * sizeof(SLDateType));
		if (tmp == NULL)
		{
			printf("realloc fail!\n");
			exit(-1);
		}
		ps->a = tmp;
		ps->capacity = newCapacity;
	}
}

// 对数据的管理:增删查改 
void SeqListInit(SeqList* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = NULL;
	ps->capacity = ps->size = 0;
}
void SeqListDestroy(SeqList* ps)
{
	assert(ps);
	if (ps->a)
	{
		free(ps->a);
		ps->a = NULL;
		ps->capacity = ps->size = 0;
	}
}

void SeqListPrint(SeqList* ps)
{
	assert(ps);
	for (int i = 0; i < ps->size; ++i)
	{
		printf("%d ", ps->a[i]);
	}
	printf("\n");
}
void SeqListPushBack(SeqList* ps, SLDateType x)
{
	SeqListInsert(ps, ps->size, x);
}
void SeqListPushFront(SeqList* ps, SLDateType x)
{
	SeqListInsert(ps, 0, x);
}
void SeqListPopFront(SeqList* ps)
{
	SeqListErase(ps, 0);
}
void SeqListPopBack(SeqList* ps)
{
	SeqListErase(ps, ps->size);
}

// 顺序表查找
int SeqListFind(SeqList* ps, SLDateType x)
{
	assert(ps);
	for (int i = 0; i < ps->size; ++i)
	{
		if (ps->a[i] == x) return i;
	}
	return -1;
}
// 顺序表在pos位置插入x
void SeqListInsert(SeqList* ps, int pos, SLDateType x)
{
	assert(ps);
	assert(pos >= 0 && pos <= ps->size);
	SLCheckCapacity(ps);
	memmove(ps->a + pos + 1, ps->a + pos, (ps->size - pos) * sizeof(SLDateType));
	ps->a[pos] = x;
	ps->size++;
}
// 顺序表删除pos位置的值
void SeqListErase(SeqList* ps, int pos)
{
	assert(ps);
	assert(pos >= 0 && pos <= ps->size);
	memmove(ps->a + pos, ps->a + pos + 1, (ps->size - pos) * sizeof(SLDateType));
	ps->size--;
}
c 复制代码 
//test.c
#include"SeqList.h"

int main()
{
	SeqList sl;
	SeqListInit(&sl);
	SeqListPushBack(&sl, 1);
	SeqListPushBack(&sl, 2);
	SeqListPushBack(&sl, 3);
	SeqListPushBack(&sl, 4);
	SeqListPushBack(&sl, 5);
	SeqListPushBack(&sl, 6);
	SeqListPushBack(&sl, 7);
	SeqListPushBack(&sl, 8);
	printf("PushBack 测试(尾插8个数):\n");
	SeqListPrint(&sl);

	SeqListPushFront(&sl, 9);
	SeqListPushFront(&sl, 9);
	SeqListPushFront(&sl, 9);
	printf("PushFront 测试(头插三个9):\n");
	SeqListPrint(&sl);

	SeqListPopFront(&sl);
	SeqListPopFront(&sl);
	SeqListPopFront(&sl);
	printf("PopFront 测试(头删三个数):\n");
	SeqListPrint(&sl);

	SeqListPopBack(&sl);
	SeqListPopBack(&sl);
	printf("PopBack 测试(尾删两个数):\n");
	SeqListPrint(&sl);

	printf("Find 测试(找5和8):\n");
	int pos = SeqListFind(&sl, 5);
	if (pos != -1) printf("5 在下标为%d的位置\n", pos);
	else printf("%d没找到！\n", 5);
	pos = SeqListFind(&sl, 8);
	if (pos != -1) printf("8 在下标为%d的位置\n", pos);
	else printf("%d 没找到！\n", 8);
	
	SeqListDestroy(&sl);

	return 0;
}

通过上述代码，我们实现了一个简单的顺序表，并对其进行了增删查改操作的测试。顺序表是一种非常常用的数据结构，能够高效地管理线性数据。

单链表的增删查改

单链表是一种常见的数据结构，它由一系列节点组成，每个节点包含一个数据元素和指向下一个节点的指针。我将介绍如何使用C语言实现单链表的增删查改操作。

数据结构定义

首先，我们需要定义单链表的数据结构。在给出的代码中，使用了SListNode结构体表示每个节点，其中包含一个整型数据 data 和一个指向下一个节点的指针 next。另外，定义了一个类型别名 SLTDateType 来表示节点数据的类型。

c 复制代码 
typedef int SLTDateType;
typedef struct SListNode
{
    SLTDateType data;
    struct SListNode* next;
} SListNode;

动态申请节点

为了创建一个新的节点，我们需要动态申请内存空间，并将数据和指针赋值。在给出的代码中，定义了一个 BuySListNode 函数来完成这个任务。

c 复制代码 
SListNode* BuySListNode(SLTDateType x)
{
    SListNode* newNode = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode));
    if (newNode == NULL)
    {
        printf("malloc fail!");
        exit(-1);
    }
    newNode->next = NULL;
    newNode->data = x;
    return newNode;
}

单链表的尾插和头插

尾插操作是将新节点插入到链表末尾。给出的代码中，定义了 SListPushBack 函数来实现尾插操作。它首先创建一个新节点，并找到链表的尾部，然后将新节点连接到尾节点的后面。

c 复制代码 
void SListPushBack(SListNode** pplist, SLTDateType x)
{
    assert(pplist);
    SListNode* newNode = BuySListNode(x);
    SListNode* tail = *pplist;

    if (tail == NULL) {
        *pplist = newNode;
        return;
    }
    else {
        while (tail->next) {
            tail = tail->next;
        }
    }

    tail->next = newNode;
}

头插操作是将新节点插入到链表的头部。给出的代码中，定义了 SListPushFront 函数来实现头插操作。它首先创建一个新节点，并将新节点的指针指向原链表的头节点，然后更新链表的头节点为新节点。

c 复制代码 
void SListPushFront(SListNode** pplist, SLTDateType x) 
{
    assert(pplist);
    SListNode* newNode = BuySListNode(x);
    newNode->next = *pplist;
    *pplist = newNode;
}

单链表的尾删和头删

尾删操作是删除链表的最后一个节点。给出的代码中，定义了 SListPopBack 函数来实现尾删操作。它首先找到链表的倒数第二个节点，然后释放最后一个节点的内存，并将倒数第二个节点的 next 指针置空。

c 复制代码 
void SListPopBack(SListNode** pplist)
{
    assert(pplist);
    assert(*pplist);

    SListNode* tail = *pplist;
    SListNode* prev = NULL;

    if (tail->next == NULL) {
        *pplist = NULL;
    }
    else {
        while (tail->next) {
            prev = tail;
            tail = tail->next;
        }
        free(tail);
        prev->next = NULL;
    }
}

头删操作是删除链表的第一个节点。给出的代码中，定义了 SListPopFront 函数来实现头删操作。它首先将链表的头节点保存起来，然后更新链表的头节点为原头节点的下一个节点，并释放保存的头节点的内存。

c 复制代码 
void SListPopFront(SListNode** pplist)
{
    assert(pplist);
    assert(*pplist);

    SListNode* front = *pplist;
    *pplist = (*pplist)->next;
    free(front);
}

单链表的查找

查找操作是在链表中寻找特定的数据。给出的代码中，定义了 SListFind 函数来实现查找操作。它遍历链表，直到找到数据等于目标值的节点，然后返回该节点的指针。

c 复制代码 
SListNode* SListFind(SListNode* plist, SLTDateType x)
{
    assert(plist);
    SListNode* cur = plist;
    while (cur->next && cur->data != x) {
        cur = cur->next;
    }
    if (cur->next) {
        return cur;
    }
    return NULL;
}

单链表的插入和删除

在给出的代码中，还定义了 SListInsertAfter、SListEraseAfter、SListInsert 和 SListErase 函数来实现在指定位置之后插入节点、删除指定位置之后的节点、在指定位置之前插入节点以及删除指定位置的节点。

c 复制代码 
//具体的实现细节请参考给出的代码。

销毁链表

为了释放链表占用的内存空间，给出的代码中，定义了 SListDestroy 函数来销毁链表。它遍历链表的每个节点，依次释放内存，并将链表的头节点置为NULL。

c 复制代码 
void SListDestroy(SListNode** pplist)
{
    assert(pplist);

    SListNode* cur = *pplist;
    while (cur)
    {
        SListNode* next = cur->next;
        free(cur);
        cur = next;
    }
    *pplist = NULL;
}

测试代码

给出的代码还包括了一个 main 函数来测试上述函数的功能。它首先创建一个空链表，然后进行了一系列的增删查改操作，并输出每一步操作后的链表结果。

c 复制代码 
int main()
{
    SListNode* plist = NULL;

    // 测试代码

    return 0;
}

以上就是关于C语言实现单链表的增删查改的代码解析和使用方法。

完整代码

c 复制代码 
//slist.h
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>

typedef int SLTDateType;
typedef struct SListNode
{
	SLTDateType data;
	struct SListNode* next;
}SListNode;

// 动态申请一个节点
SListNode* BuySListNode(SLTDateType x);
// 单链表打印
void SListPrint(SListNode* plist);
// 单链表尾插
void SListPushBack(SListNode** pplist, SLTDateType x);
// 单链表的头插
void SListPushFront(SListNode** pplist, SLTDateType x);
// 单链表的尾删
void SListPopBack(SListNode** pplist);
// 单链表头删
void SListPopFront(SListNode** pplist);
// 单链表查找
SListNode* SListFind(SListNode* plist, SLTDateType x);
// 单链表在pos位置之后插入x
// 分析思考为什么不在pos位置之前插入？
void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLTDateType x);
// 单链表删除pos位置之后的值
// 分析思考为什么不删除pos位置？
void SListEraseAfter(SListNode* pos);

// 在pos的前面插入
void SListInsert(SListNode** pplist, SListNode* pos, SLTDateType x);
// 删除pos位置
void SListErase(SListNode** pplist, SListNode* pos);
//销毁链表
void SListDestroy(SListNode** pplist);
c 复制代码 
//slist.c
#include "slist.h"

// 动态申请一个节点
SListNode* BuySListNode(SLTDateType x)
{
	SListNode* newNode = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode));
	if (newNode == NULL)
	{
		printf("malloc fail!");
		exit(-1);
	}
	newNode->next = NULL;
	newNode->data = x;
}
// 单链表打印
void SListPrint(SListNode* plist)
{
	SListNode* cur = plist;
	while (cur != NULL)
	{
		printf("%d->", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("NULL\n");
}
// 单链表尾插
void SListPushBack(SListNode** pplist, SLTDateType x)
{
	assert(pplist);
	SListNode* newNode = BuySListNode(x);
	SListNode* tail = *pplist;

	//找尾
	if (tail == NULL) {
		*pplist = newNode;
		return;
	}
	else {
		while (tail->next) {
			tail = tail->next;
		}
	}

	tail->next = newNode;
}
// 单链表的头插
void SListPushFront(SListNode** pplist, SLTDateType x) 
{
	assert(pplist);
	SListNode* newNode = BuySListNode(x);
	newNode->next = *pplist;
	*pplist = newNode;
}
// 单链表的尾删
void SListPopBack(SListNode** pplist)
{
	assert(pplist);
	assert(*pplist);
	SListNode* tail = *pplist;
	SListNode* prev = NULL; //尾的前一个
	//找尾
	if (tail->next == NULL) {
		*pplist = NULL;
	}
	else
	{
		while (tail->next) {
			prev = tail;
			tail = tail->next;
		}
		free(tail);
		prev->next = NULL;
	}
}
// 单链表头删
void SListPopFront(SListNode** pplist)
{
	assert(pplist);
	assert(*pplist);
	SListNode* front = *pplist;
	*pplist = (*pplist)->next;
	free (front);
}
// 单链表查找
SListNode* SListFind(SListNode* plist, SLTDateType x)
{
	assert(plist);
	SListNode* cur = plist;
	while (cur->next && cur->data != x) {
		cur = cur->next;
	}
	if (cur->next) {
		return cur;
	}
	return NULL;
}
// 单链表在pos位置之后插入x
// 分析思考为什么不在pos位置之前插入？如果在pos之前经行插入需要遍历一遍前面的链表,效率低
void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLTDateType x)
{
	assert(pos);
	SListNode* newNode = BuySListNode(x);
	SListNode* tmp = pos->next;
	pos->next = newNode;
	newNode->next = tmp;
}
// 单链表删除pos位置之后的值
// 分析思考为什么不删除pos位置？同上
void SListEraseAfter(SListNode* pos)
{
	assert(pos);
	SListNode* del = pos->next;
	pos->next = pos->next->next;
	free(del);
}

// 在pos的前面插入
void SListInsert(SListNode** pplist, SListNode* pos, SLTDateType x)
{
	assert(pplist);
	assert(pos);
	if (pos == *pplist)
	{
		SListPushFront(pplist, x);
		return;
	}
	SListNode* newNode = BuySListNode(x);
	SListNode* prev = *pplist;
	while (prev->next != pos)
	{
		prev = prev->next;
	}
	newNode->next = pos;
	prev->next = newNode;
}
// 删除pos位置
void SListErase(SListNode** pplist, SListNode* pos)
{
	assert(pplist);
	assert(*pplist);
	assert(pos);
	SListNode* prev = *pplist;
	SListNode* del = pos;
	while (prev->next != pos)
	{
		prev = prev->next;
	}
	prev->next = pos->next;
	free(del);
}
//销毁链表
void SListDestroy(SListNode** pplist)
{
	assert(pplist);
	SListNode* cur = *pplist;
	while (cur)
	{
		SListNode* next = cur->next;
		free(cur);
		cur = next;
	}
	*pplist = NULL;
}
c 复制代码 
//test.c
#include"slist.h"

int main()
{
	SListNode* plist = NULL;
	SListPushBack(&plist, 1);
	SListPushBack(&plist, 2);
	SListPushBack(&plist, 3);
	SListPushBack(&plist, 4);
	SListPushBack(&plist, 5);
	SListPushBack(&plist, 6);
	SListPushBack(&plist, 7);
	SListPushBack(&plist, 8);
	printf("PushBack 测试(尾插8个数):\n");
	SListPrint(plist);

	SListPushFront(&plist, 0);
	SListPushFront(&plist, 0);
	SListPushFront(&plist, 0);
	printf("PushFront 测试(头插三个0):\n");
	SListPrint(plist);

	SListPopBack(&plist);
	SListPopBack(&plist);
	printf("PopBack 测试(尾删两个数):\n");
	SListPrint(plist);

	SListPopFront(&plist);
	SListPopFront(&plist);
	SListPopFront(&plist);
	printf("PopFront 测试(头删三个数):\n");
	SListPrint(plist);

	printf("Find 测试(找4):\n");
	SListPrint(SListFind(plist, 4));
	
	printf("InsertAfter 测试(找4后插):\n");
	SListInsertAfter(SListFind(plist, 4), 999);
	SListPrint(plist);

	printf("EraseAfter 测试(找4后删):\n");
	SListEraseAfter(SListFind(plist, 4));
	SListPrint(plist);

	printf("Insert 测试(找4前插):\n");
	SListInsert(&plist, SListFind(plist, 4), 999);
	SListPrint(plist);

	printf("Erase 测试(找4删4):\n");
	SListErase(&plist, SListFind(plist, 4));
	SListPrint(plist);

	SListDestroy(&plist);
	printf("Destroy！\n");
	SListPrint(plist);

	return 0;
}

总结

本文首先介绍了顺序表的定义与初始化，包括动态数组的使用、容量检查和扩容操作等内容。然后详细讲解了顺序表的增删查改操作，并给出了相应的代码示例。接着，文章转向单链表的实现，包括节点的定义、动态申请节点、尾插和头插操作、尾删和头删操作、查找、插入和删除等操作的具体实现。最后，通过测试代码验证了顺序表和单链表的功能正常运行。

通过本文的学习，读者可以加深对顺序表和单链表的理解，掌握这两种数据结构的增删查改的具体实现方法。同时，对于初学者来说，也能够更好地理解数据结构和算法在实际编程中的应用，为日后的软件开发打下良好的基础。

希望本文能为您对顺序表和单链表的理解和应用提供帮助，欢迎大家在实践中不断探索和应用这些知识，提升自己的编程技能。

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