单链表详解

不爱学英文的码字机器2024-02-28 8:59

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收录合集：《数据结构》

在本篇博客中，我们将深入探讨单链表的定义、实现和应用。

本篇博客将用C语言实现的单链表进行讲解，通过一段代码一段讲解来逐个详细讲解，深入了解单链表的实现。

什么是单链表？

单链表是由一系列节点组成的数据结构，每个节点包含两部分：数据域和指针域。数据域用于存储数据元素，指针域用于指向下一个节点。单链表的最后一个节点指向NULL，表示链表的结束。

不同于顺序表，顺序表的链接是物理上的空间连续，而单链表是用指针将第一个数据的尾和下一个数据的头相接（指向同一地址），具体如下图：

单链表的结构定义

cpp 复制代码 
typedef int SLTDataType;
struct SListNode
{
	SLTDataType data;
	struct SListNode* next;
};
typedef struct SListNode SLTNode;

首先通过typedef设置SLTDataType为int型，之后通过改变int的类型可以更轻松的改变单链表中的数据的类型。

在结构中再定义结构体指针，相当于逐个深入嵌套，在第一个结构中用next连接下一个结构，下一个结构中储存数据和连接下一个结构的结构体指针next，逐一递推，图示如下：

单链表的基本操作

  1. 创建链表：动态分配内存创建节点，通过指针连接节点形成链表。
  2. 插入节点：在指定位置插入新节点，调整指针连接关系。
  3. 删除节点：删除指定节点，调整指针连接关系并释放内存。
  4. 遍历链表：通过循环遍历链表中的所有节点，访问节点的数据域。
  5. 查找节点：根据数据值或位置查找节点。
  6. 反转链表：将链表的指针方向反转，实现链表的逆序。

单链表的代码实现

· 新节点的创建

cpp 复制代码 
SLTNode* BuySListNode(SLTDataType x)
{
	SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	return newnode;
}

· 表尾插入数据

cpp 复制代码 
void SListPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
	SLTNode* newnode = BuySListNode(x);

	if (*pphead == NULL)
	{
		*pphead = newnode;
	}
	else
	{
		// 找尾节点的指针
		SLTNode* tail = *pphead;
		while (tail->next != NULL)
		{
			tail = tail->next;
		}

		// 尾节点，链接新节点
		tail->next = newnode;
	}
}

开文创建新节点，检查当前是否存在数据，若不存在即表头直接指向创建的newcode作为表头结构。创建结构体指针tail，若存在数据即不断递推寻找目前单链表的最后一个数据（直到找到NULL），然后再将找到最后的next地址与newcode相连，完成单链表尾部的插入。

当tail ->next为NULL时表明在当前的结构中的next指向的是NULL而不是下一个结构的地址，所以可以理解为让next指向newcode，以此完成链接。

· 表头插入数据

cpp 复制代码 
void SListPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
	SLTNode* newnode = BuySListNode(x);

	newnode->next = *pphead;
	*pphead = newnode;
}

创建newcode，newcode的next指向现在的表头地址即可完成链接。

· 表头删除数据

cpp 复制代码 
void SListPopFront(SLTNode** pphead)
{
	SLTNode* next = (*pphead)->next;
	free(*pphead);

	*pphead = next;
}

（*pphead）-> next 表示未添加前的表头的next，我们在刚开始创建结构体指针指向当前表头的next，这样就相当于先将表头设置成当前表头next所连接的下一个数据的地址，然后再将刚开始的表头给free掉，这样新的表头就是刚才的结构体指针next指向的地址了。在成功转移表头后就可以将原表头空间释放，达到从表头删除数据的操作。

· 表尾删除数据

cpp 复制代码 
void SListPopBack(SLTNode** pphead)
{
	// 1、空
	if (*pphead == NULL)
	{
		return;
	}
    // 2、一个节点
	else if ((*pphead)->next == NULL)
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
    // 3、一个以上的节点
	else
	{
		SLTNode* prev = NULL;
		SLTNode* tail = *pphead;
		while (tail->next != NULL)
		{
			prev = tail;
			tail = tail->next;
		}

		free(tail);
		prev->next = NULL;
	}
}

在表尾删除数据时有三种情况，当单链表为空的时候return结束函数，当单链表只有一个数据时直接释放表头指向的空间，当有多个数据的时候才开始正式执行逻辑。我们再创建两个结构体指针prev和tail，用tail来寻找tail当前所在结构的next是不是NULL，因为prev永远指向的都比tail指向的结构前一位，所以当tail位置不再递推就表明已经到了最后一个数据位置。找到最后一个结构之后free掉tail，即释放了最后一个数据的空间，使它和链表切除联系。释放空间后prev的next指向的地址就变成了野指针（定义在下文讲解），所以将prev的next设置为NULL，完成了删除最后一个数据的最后步骤。

野指针：

  1. 指针变量未初始化：如果指针变量没有被初始化，它会包含一个随机的值，可能是一个未知的内存地址。
  2. 指针变量指向已经释放的内存：如果指针变量指向的内存已经被释放（通过free或delete操作），那么该指针就会变成野指针。
  3. 指针操作超出作用域：如果一个指针变量在其所指向的对象被销毁之后仍然被使用，那么该指针就会成为野指针。

· 查找数据

cpp 复制代码 
SLTNode* SListFind(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{
	SListNode* cur = phead;
	//while (cur != NULL)
	while (cur)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}

		cur = cur->next;
	}

	return NULL;
}
  • 参数phead是一个指向SLTNode类型的指针，这是一个自定义的数据结构，表示单链表的头节点。
  • 参数x是一个SLTDataType类型的变量，它表示要查找的值。

函数内部使用了一个指针cur来遍历单链表。首先，将cur指向头节点phead。然后，使用一个while循环来遍历整个链表。在循环中，每次检查当前节点cur的值是否等于要查找的值x。如果相等，就返回当前节点的指针；如果不相等，就将cur指向下一个节点。如果遍历完整个链表都没有找到要查找的值，函数返回NULL。如此便完成查找数据的操作，返回数据所在地址。

· 指定位置前插入数据

cpp 复制代码 
// 在pos的前面插入x
void SListInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
	if (pos == *pphead)
	{
		SListPushFront(pphead, x);
	}
	else
	{
		SLTNode* newnode = BuySListNode(x);
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}

		prev->next = newnode;
		newnode->next = pos;
	}
}

  • 参数pphead是一个指向SLTNode类型的指针的指针，这是一个双重指针，用于间接操作链表的头节点。

  • 参数pos是一个指向SLTNode类型的指针，它表示要插入节点的位置。

  • 参数x是一个SLTDataType类型的变量，它表示要插入的值

该函数分为两个情况，一种是在表头插入，一种是在其他地方插入。表头的话我们可以直接用上面的函数SListPushFront，其他地方的话先创建一个结构体指针指向新数据的空间，再通过创建的结构体指针prev来寻找到pos对应的前一个数据，然后用找到的prev的next指向插入新数据的地址，再将新数据的next指向pos的地址，完成连接。

· 删除指定位置的数据

cpp 复制代码 
// 删除pos位置的值
void SListErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
	if (pos == *pphead)
	{
		SListPopFront(pphead);
	}
	else
	{
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}

		prev->next = pos->next;
		free(pos);
	}
}

当pos为当前头结点的时候用头删函数SListPopFront直接操作达到目的。其他情况下与插入数据中的方法相同，用prev寻找pos前的数据，然后用prev的next指向pos的next，也就是指向了pos的下一个数据，然后将pos空间释放掉，完成操作。

整体示例代码呈现

cpp 复制代码 
#include "SList.h"

void SListPrint(SLTNode* phead)
{
	SLTNode* cur = phead;
	while (cur != NULL)
	{
		printf("%d->", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("NULL\n");
}

SLTNode* BuySListNode(SLTDataType x)
{
	SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	return newnode;
}

void SListPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
	SLTNode* newnode = BuySListNode(x);

	if (*pphead == NULL)
	{
		*pphead = newnode;
	}
	else
	{
		// 找尾节点的指针
		SLTNode* tail = *pphead;
		while (tail->next != NULL)
		{
			tail = tail->next;
		}

		// 尾节点，链接新节点
		tail->next = newnode;
	}
}

void SListPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
	SLTNode* newnode = BuySListNode(x);

	newnode->next = *pphead;
	*pphead = newnode;
}

void SListPopFront(SLTNode** pphead)
{
	SLTNode* next = (*pphead)->next;
	free(*pphead);

	*pphead = next;
}

void SListPopBack(SLTNode** pphead)
{
	// 1、空
	// 2、一个节点
	// 3、一个以上的节点
	if (*pphead == NULL)
	{
		return;
	}
	else if ((*pphead)->next == NULL)
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
	else
	{
		SLTNode* prev = NULL;
		SLTNode* tail = *pphead;
		while (tail->next != NULL)
		{
			prev = tail;
			tail = tail->next;
		}

		free(tail);
		prev->next = NULL;
	}
}

SLTNode* SListFind(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{
	SListNode* cur = phead;
	//while (cur != NULL)
	while (cur)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}

		cur = cur->next;
	}

	return NULL;
}

// 在pos的前面插入x
void SListInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
	if (pos == *pphead)
	{
		SListPushFront(pphead, x);
	}
	else
	{
		SLTNode* newnode = BuySListNode(x);
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}

		prev->next = newnode;
		newnode->next = pos;
	}
}

// 删除pos位置的值
void SListErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
	if (pos == *pphead)
	{
		SListPopFront(pphead);
	}
	else
	{
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}

		prev->next = pos->next;
		free(pos);
	}
}

以上就是本篇博客的全部内容了，感谢您的阅读！

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