数据结构之链表

老板再加点米饭2024-06-30 16:54

储备知识：

线性表 ：一对一的数据所组成的关系称为线性表。

  • 线性表是一种数据内部的逻辑关系，与存储形式无关
  • 线性表既可以采用连续的顺序存储(数组)，也可以采用离散的链式存储(链表)
  • 顺序表和链表都称为线性表

顺序存储就是将数据存储到一片连续的内存中，在C语言环境下，可以是具名的栈数组，或者是匿名的堆数组。

栈空间：char buf[4];自动申请空间，函数结束后自动释放，{}内定义的局部变量，{}过后自动释放，空间大小为8M

堆空间:malloc(16) calloc(4,sizeof(int)) realloc()

手动分配空间，手动释放空间，空间大小为实际物理内存，空间生命周期为整个程序的生命周期

1.优点

  • 不需要多余的信息来记录数据的关系，存储密度高
  • 所有数据顺序存储在一片连续的内存中，支持立即访问任意一个随机数据

2.缺点

  • 插入、删除时需要保持数据的物理位置反映其逻辑关系，需要成片移动数据
  • 当数据节点较多时，需要一整片较大的连续内存空间
  • 当数据节点数量变化剧烈时，内存的释放和分配不灵活

链表存储可以将数据存储到不连续的内存空间中，可以是单链表或双链表。

单链表

一种常见的数据结构，它由一系列节点组成，每个节点包含了数据部分和指向下一个节点的指针。在单链表中，第一个节点称为头节点，最后一个节点的指针指向空，表示链表的结束。

特点：

  • 动态大小：单链表的大小可以根据需要动态增长或缩小。
  • 插入和删除操作：在单链表中插入或删除节点通常比较灵活，只需要改变相邻节点的指针即可。
  • 不需要连续内存：与数组不同，单链表的节点不需要在内存中连续存储，它们可以分散在内存的任何位置。
  • 访问效率：访问单链表中的元素需要从头节点开始，逐个遍历到所需位置，因此访问效率相对较低。

单链表的常见操作包括：

  • 插入：在链表的指定位置插入新节点。
  • 删除：删除链表中的指定节点。
  • 搜索：查找链表中包含特定数据的节点。
  • 遍历：从头节点开始，依次访问链表中的每个节点。

创建有头结点单链表

**1. 从无到有：**第一个节点的诞生，此时的首节点和尾节点都是它本身

2 .从少到多(添加节点过程)：

  • 尾插法

新节点插入在选定节点后面；若所选节点为尾节点（last）原指向的节点，则原来的尾节点被新节点替代，成为新的尾节点。

  • 头插法

新节点插入在选定节点前面；若所选节点为首节点（last）原指向的节点，则原来的首节点被新节点替代，成为新的首节点。

cs 复制代码 
// 定义数据节点
struct node
{
	dataType data; // 数据域
	struct node *next; // 指针域，存放(指向)下一个节点的地址
};

// 定义头节点
struct headNode
{
	struct node *first; // 指向第一个数据节点
	struct node *last; // 指向最后一个数据节点
	int nodeNumber; // 记录链表节点数
};

//创建头节点
struct headNode* create_new_headNode()
{
    struct headNode* head =  malloc(sizeof(struct headNode));
    if(head == NULL)
        return NULL;
    head->first = NULL;
    head->last = NULL;
    head->nodeNumber = 0;
    return head;
}

// 创建新节点
struct node* create_new_node(dataType data)
{
    struct node* pnew =  malloc(sizeof(struct node));
    if(pnew == NULL)
        return NULL;
    pnew->data = data;
    pnew->next = NULL;
    return pnew;
}

// 尾插法
void addTail(struct headNode *head,struct node* pnew)
{
    head->last->next = pnew;
    head->last = pnew;
}

//创建链表
struct headNode* create_list()
{
    // 创建头节点
    struct headNode* head = create_new_headNode();
    if(head == NULL)
        return NULL;
    
    dataType data = -1;

    while(1)
    {
        scanf("%d",&data);
        if(data == 0)
            break;
        // 创建新节点
        struct node* pnew = create_new_node(data);
        if(pnew == NULL)
            return NULL;

        // 从无到有
        if(head->first == NULL)
        {
            head->first = pnew;
            head->last = pnew;
        }
        else // 从少到多
        {
            // 尾插法
            addTail(head,pnew);
        }
        // 更新节点
         head->nodeNumber++;
    }

    return head;
}

//显示链表
void showList(struct headNode* head)
{
    if(head->first == NULL)
    {
        printf("链表为空\n");
        return;
    }
    for(struct node* p = head->first;p != head->last->next;p = p->next)
    {
        printf("%d\t",p->data);
    }
    printf("\n");
    printf("链表节点数为：%d\n",head->nodeNumber);
}

双链表

是一种链式数据结构，它由一系列节点组成，每个节点除了包含数据外，还包含两个指针：一个指向前一个节点，一个指向后一个节点。这种结构允许双向遍历链表，即可以从头节点开始向前遍历，也可以从尾节点开始向后遍历。

特点：

  1. 双向链接：每个节点都有指向前一个和后一个节点的指针，这使得在链表中的移动更加灵活。
  2. 动态大小：与单链表一样，双链表的大小可以动态变化。
  3. 插入和删除操作：在双链表中，插入和删除操作通常比单链表更加高效，因为可以直接访问前一个或后一个节点，而不需要像单链表那样从头节点开始遍历。
  4. 不需要连续内存：节点在内存中不需要连续存储，可以分散在内存的任何位置。

双链表的常见操作包括：

  • 插入：可以在链表的任意位置插入新节点，包括在头节点之前或尾节点之后。
  • 删除：可以快速删除指定节点，因为可以直接访问前一个和后一个节点来更新指针。
  • 搜索：可以从头或尾开始搜索特定数据的节点。
  • 遍历：可以正向或反向遍历链表。

创建有头结点双链表

cs 复制代码 
// 创建数据节点
struct node
{
    dataType data;
    struct node *prev;// 指向上一个节点
    struct node *next;// 指向下一个节点
};

// 创建头节点
struct headNode
{
    struct node *first; // 指向首节点
    struct node *last; // 指向最后一个节点
    int nodeNumber; // 记录节点数
};

// 创建头节点
struct headNode *create_head()
{
    // 创建头节点
    struct headNode *head = malloc(sizeof(struct headNode));
    if(head == NULL)
    {
        perror("create head failed:");
        return NULL;
    }
    head->first = NULL;
    head->last = NULL;
    head->nodeNumber = 0;
    return head;
}

// 创建新节点
struct node *create_new_node(dataType data)
{
    struct node *pnew = malloc(sizeof(struct node));
    if(pnew == NULL)
    {
        perror("create new node failed:");
        return NULL;
    }
    pnew->data = data;
    pnew->prev = NULL;
    pnew->next = NULL;
}

//增加节点
struct headNode *add_node_list(struct headNode *head,dataType newData,dataType data)
{
    // 创建新节点
    struct node *pnew = create_new_node(newData);
    if(pnew == NULL)
        return NULL;
    // 找节点
    struct node *p = head->first;
    while(p)
    {
        if(p->data == data)
            break;
        else
        {
            p = p->next;
        }
    }
    // 如果找的是第一个节点
    if(p->data == head->first->data)
    {
        addHead(pnew,head);
    }
    else if(p == NULL)
    {
        addTail(pnew,head);
    }
    else
    {
       pnew->next = p;
       pnew->prev = p;
       p->prev->next = pnew;
       pnew->prev = pnew; 
    }
    head->nodeNumber++;
    return head;
}

//删除节点
struct headNode *del_node(struct headNode *head,dataType data)
{
    // 找节点
    struct node *p = head->first;
    while(p)
    {
        if(p->data == data)
            break;
        else
            p = p->next;
    }
    // 如果是第一个节点
    if(head->first->data == data)
    {
        head->first->next->prev = head->first;
        head->first = p->next;
        p->next = NULL;
        p->prev = NULL;
        free(p);
    }
    else if(p->data == head->last->data)
    {
        p->prev->next = NULL;
        p->prev = NULL;
        free(p);
    }
    else if(p == NULL)
    {
        printf("没有可删除的节点\n");
    }
    else
    {
        p->next->prev = p->prev;
        p->prev->next = p->next;
        p->prev = NULL;
        p->next = NULL;
        free(p);
    }
    head->nodeNumber--;
    return head;
}

//链表遍历
void showList(struct headNode *head)
{
    for(struct node *p = head->first;p != head->last->next;p = p->next)
    {
        printf("%d\t",p->data);
    }
    printf("\n");
    printf("节点数为：%d\n",head->nodeNumber);
}

// 销毁链表
struct headNode * distory_list(struct headNode *head)
{
    if(isEmpty(head))
        return false;
    
    // 逐一删除节点
    struct node *p = NULL;
    for(struct node *tmp = head->first;tmp != NULL; tmp = p)
    {
        p = tmp->next;
        free(tmp);
        head->nodeNumber--;
    }
    return head;
}

双向循环链表

结构上和双向链表就只差首尾相连。

cs 复制代码 
// 至少还有一个节点时将首尾相连
if(head->nodeNumber != 0)
{
    head->last->next = head->first;
    head->first->prev = head->last;
}
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