C语言-链表

HanLop2024-07-22 14:58

文章目录

🎯引言

欢迎来到HanLop博客的C语言数据结构初阶系列。在这个系列中，我们将深入探讨各种基本的数据结构和算法，帮助您打下坚实的编程基础。本次我将为你讲解链表。链表是一种线性数据结构，它由一系列节点组成，每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。由于其灵活的内存分配方式，链表在动态数据存储和处理方面有着独特的优势。在本篇文章中，我们将介绍链表的基本概念、链表的创建和操作方法，以及其优缺点。通过一些实际的代码示例，您将更好地掌握链表在C语言中的应用，从而为后续学习其他数据结构打下坚实的基础。

👓链表

1.链表的概念与分类

1.1链表的概念 :

链表是一种动态数据结构，由一系列节点（Node）组成。每个节点包含两部分：数据域（存储数据）和指针域（存储下一个节点的地址）。根据指针域的数量和方向

1.2链表的分类:

链表结构有很多种,如下图(2*2*2种):

1. 带头节点的单向非循环链表

带头节点的单向非循环链表在链表的开头有一个特殊的头节点，该头节点不存储实际数据，只用于指向第一个真正存储数据的节点。

特点：

  • 增加了对链表操作的统一性，尤其是在链表为空或者操作第一个节点时更为方便。
  • 尾节点指针为NULL，表示链表的结束。

2. 带头节点的单向循环链表

带头节点的单向循环链表在链表的开头有一个头节点，尾节点的指针指向头节点，形成一个环。

特点：

  • 可以从链表的任何一个节点回到头节点，形成一个闭环。
  • 常用于需要循环遍历的场景。

3. 带头节点的双向非循环链表

带头节点的双向非循环链表在链表的开头有一个头节点，每个节点有两个指针，分别指向前一个节点和后一个节点。

特点：

  • 可以从链表的任何一个节点向前或向后遍历。
  • 尾节点的后指针为NULL，表示链表的结束。

4.带头节点的双向循环链表

带头节点的双向循环链表在链表的开头有一个头节点，每个节点有两个指针，尾节点的后指针指向头节点，头节点的前指针指向尾节点，形成一个环。

特点：

  • 形成一个双向闭环，可以从链表的任何一个节点双向遍历回到头节点。
  • 常用于需要双向循环遍历的场景。

5. 不带头节点的单向非循环链表

不带头节点的单向非循环链表没有特殊的头节点，链表的第一个节点就是存储实际数据的节点。

特点：

  • 节省了一个节点的内存，但在操作第一个节点时需要特殊处理。
  • 尾节点指针为NULL，表示链表的结束。

6. 不带头节点的单向循环链表

不带头节点的单向循环链表没有头节点，尾节点的指针指向第一个节点，形成一个环。

特点：

  • 可以从链表的任何一个节点回到第一个节点，形成一个闭环。
  • 常用于需要循环遍历的场景。

7. 不带头节点的双向非循环链表

不带头节点的双向非循环链表没有头节点，每个节点有两个指针，分别指向前一个节点和后一个节点。

特点：

  • 可以从链表的任何一个节点向前或向后遍历。
  • 尾节点的后指针为NULL，表示链表的结束。

8. 不带头节点的双向循环链表

不带头节点的双向循环链表没有头节点，每个节点有两个指针，尾节点的后指针指向第一个节点，第一个节点的前指针指向尾节点，形成一个环。

特点：

  • 形成一个双向闭环，可以从链表的任何一个节点双向遍历回到第一个节点。
  • 常用于需要双向循环遍历的场景。

如此多的种类,我们下面只实现两种,单向链表(不带头节点的单向非循环链表)和双向链表(带头节点的双向循环链表)学会这两种之后其他种类的链表也可以自己去实现

2.单链表(不带头节点的单向非循环链表)

2.1概念与结构

概念:

不带头节点的单链表没有特殊的头节点，链表的第一个节点就是存储实际数据的节点。所有操作均直接作用于链表的第一个节点。

节点:

在链表（特别是单链表）中，节点是链表的基本组成单位。每个节点包含两个主要部分：数据域和指针域。下面是对节点的详细解释。

节点的定义

在C语言中，节点通常使用结构体（struct）来定义。一个典型的单链表节点结构如下：

c 复制代码 
struct Node {
    int data;          // 数据域，用于存储节点的数据
    struct Node* next; // 指针域，用于存储指向下一个节点的指针
};

节点的组成

  1. 数据域（data） ：
    • 数据域存储链表中实际的数据。
    • 数据类型可以根据需求变化，例如int、float、char，甚至是复杂的结构体。
    • 在上述例子中，数据域的类型是int。
  2. 指针域（next） ：
    • 指针域存储指向下一个节点的指针。
    • 如果这是链表中的最后一个节点，则指针域存储NULL，表示链表的结束。
    • 在双向链表中，节点会包含两个指针域，一个指向下一个节点，一个指向前一个节点。

结构图示:

链表是由一个个节点所构成的,通过指针将每个节点联系起来。

2.2单链表的实现

SList.h源代码:

c 复制代码 
//SList.h文件中
#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>

typedef int SLDataTyped;
typedef struct SListNode
{
	SLDataTyped val;
	struct SListNode* next;
}SListNode;

//链表的打印
void SListPrint(SListNode* phead);
//创建新节点
SListNode* SLBuyNode(SLDataTyped x);

//头部插入删除/尾部插入删除
void SListPushFront(SListNode** pphead, SLDataTyped x);
void SListPushBack(SListNode** pphead, SLDataTyped x);
void SListPopBack(SListNode** pphead);
void SListPopFront(SListNode** pphead);

//查找
SListNode* SListFind(SListNode** pphead, SLDataTyped x);

//在指定位置之前插入数据
void SListInsert(SListNode** pphead, SListNode* pos, SLDataTyped x);
//在指定位置之后插入数据
void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLDataTyped x);

//删除pos节点
void SListErase(SListNode** pphead, SListNode* pos);
//删除pos之后的节点
void SListEraseAfter(SListNode* pos);

//销毁链表
void SListDestory(SListNode** pphead);

解析:

数据结构定义

c 复制代码 
typedef int SLDataTyped;
typedef struct SListNode {
    SLDataTyped val;
    struct SListNode* next;
} SListNode;
  • SLDataTyped：定义链表中存储的数据类型，可以根据需要修改。
  • SListNode：定义链表节点结构，包括数据域val和指针域next。

函数声明及其作用

创建新节点

c 复制代码 
SListNode* SLBuyNode(SLDataTyped x);
  • 功能 ：创建一个新节点，并将其值设置为x。
  • 参数：节点的值。
  • 返回值：指向新创建节点的指针。

打印链表

c 复制代码 
void SListPrint(SListNode* phead);
  • 功能：遍历并打印整个链表。
  • 参数：链表的头指针。
  • 返回值：无。

头部插入节点

c 复制代码 
void SListPushFront(SListNode** pphead, SLDataTyped x);
  • 功能：在链表头部插入一个新节点。
  • 参数：链表的头指针的指针，插入节点的值。
  • 返回值：无。

尾部插入节点

c 复制代码 
void SListPushBack(SListNode** pphead, SLDataTyped x);
  • 功能：在链表尾部插入一个新节点。
  • 参数：链表的头指针的指针，插入节点的值。
  • 返回值：无。

尾部删除节点

c 复制代码 
void SListPopBack(SListNode** pphead);
  • 功能：删除链表尾部的节点。
  • 参数：链表的头指针的指针。
  • 返回值：无。

头部删除节点

c 复制代码 
void SListPopFront(SListNode** pphead);
  • 功能：删除链表头部的节点。
  • 参数：链表的头指针的指针。
  • 返回值：无。

查找节点

c 复制代码 
SListNode* SListFind(SListNode** pphead, SLDataTyped x);
  • 功能 ：在链表中查找值为x的节点。
  • 参数：链表的头指针的指针，查找的值。
  • 返回值：指向找到节点的指针，找不到返回NULL。

在指定位置之前插入节点

c 复制代码 
void SListInsert(SListNode** pphead, SListNode* pos, SLDataTyped x);
  • 功能 ：在指定位置pos之前插入一个值为x的节点。
  • 参数：链表的头指针的指针，插入位置的节点指针，插入节点的值。
  • 返回值：无。

在指定位置之后插入节点

c 复制代码 
void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLDataTyped x);
  • 功能 ：在指定位置pos之后插入一个值为x的节点。
  • 参数：插入位置的节点指针，插入节点的值。
  • 返回值：无。

删除指定位置的节点

c 复制代码 
void SListErase(SListNode** pphead, SListNode* pos);
  • 功能 ：删除链表中指定位置pos的节点。
  • 参数：链表的头指针的指针，要删除的节点指针。
  • 返回值：无。

删除指定位置之后的节点

c 复制代码 
void SListEraseAfter(SListNode* pos);
  • 功能 ：删除链表中指定位置pos之后的节点。
  • 参数：要删除其后节点的节点指针。
  • 返回值：无。

销毁链表

c 复制代码 
void SListDestory(SListNode** pphead);
  • 功能：销毁整个链表，释放所有节点的内存。
  • 参数：链表的头指针的指针。
  • 返回值：无。

SList.c源代码:

c 复制代码 
//SList.c文件中
#include "SList.h"

void SListPrint(SListNode* phead)
{
	//assert(phead);

	SListNode* pcur = phead;
	while (pcur)
	{
		printf("%d->", pcur->val);
		pcur = pcur->next;
	}

	printf("NULL\n");
}

SListNode* SLBuyNode(SLDataTyped x)
{
	SListNode* newNode = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode));
	newNode->val = x;
	newNode->next = NULL;

	return newNode;
}

void SListPushBack(SListNode** pphead, SLDataTyped x)
{
	assert(pphead);
	SListNode* newNode = SLBuyNode(x);
	SListNode* pcur = *pphead;

	if (*pphead == NULL)
	{
		*pphead = newNode;
	}
	else
	{
		while (pcur->next)
		{
			pcur = pcur->next;
		}

		pcur->next = newNode;
	}

}

void SListPushFront(SListNode** pphead, SLDataTyped x)
{
	assert(pphead);
	SListNode* newNode = SLBuyNode(x);
	SListNode* pcur = *pphead;

	if (*pphead == NULL)
	{
		*pphead = newNode;
	}
	else
	{
		newNode->next = *pphead;
		*pphead = newNode;
	}
}

void SListPopBack(SListNode** pphead)
{
	assert(pphead&&*pphead);

	SListNode* pcur = *pphead;
	SListNode* prev = *pphead;

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

		free(pcur);
		pcur = NULL;

		prev->next = NULL;
	}
}

void SListPopFront(SListNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	SListNode* del = *pphead;

	*pphead = (*pphead)->next;
	free(del);
	del = NULL;
}

SListNode* SListFind(SListNode** pphead, SLDataTyped x)
{
	assert(pphead && *pphead);

	SListNode* pcur = *pphead;

	while (pcur)
	{
		if (pcur->val == x)
		{
			return pcur;
		}

		pcur = pcur->next;
	}

	return NULL;
}

void SListInsert(SListNode** pphead, SListNode* pos, SLDataTyped x)
{
	assert(pphead&&*pphead);
	assert(pos);

	SListNode* pcur = *pphead;
	SListNode* prev = *pphead;

	//pos是头节点
	if (pos == *pphead)
	{
		SListPushFront(pphead, x);
	}
	else
	{
		SListNode* newNode = SLBuyNode(x);

		while (pcur != pos)
		{
			prev = pcur;
			pcur = pcur->next;
		}

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

void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLDataTyped x)
{
	assert(pos);
	SListNode* next = pos->next;
	SListNode* newNode = SLBuyNode(x);

	newNode->next = pos->next;
	pos->next = newNode;
}

void SListErase(SListNode** pphead, SListNode* pos, SLDataTyped x)
{
	assert(pphead && *pphead);
	assert(pos);

	SListNode* prev = *pphead;
	SListNode* pcur = *pphead;

	//头删
	if (pos == *pphead)
	{
		SListPopFront(pphead);
	}
	else
	{
		while (pcur != pos)
		{
			prev = pcur;
			pcur = pcur->next;
		}

		prev->next = pcur->next;

		free(pos);
		pos = NULL;
		pcur = NULL;
	}
}

void SListEraseAfter(SListNode* pos)
{
	assert(pos&&pos->next);
	SListNode* next = pos->next;
	SListNode* Dnext = pos->next->next;

	pos->next = Dnext;
	free(next);
	next = NULL;
}

void SListDestory(SListNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);

	SListNode* pcur = *pphead;
	SListNode* next = NULL;

	while (next)
	{
		next = pcur->next;
		free(pcur);
		pcur = NULL;
	}

	*pphead = NULL;
}

代码解析:

打印链表 SListPrint

c 复制代码 
void SListPrint(SListNode* phead) {
    SListNode* pcur = phead;
    while (pcur) {
        printf("%d -> ", pcur->val);
        pcur = pcur->next;
    }
    printf("NULL\n");
}
  • 功能：遍历链表并打印每个节点的值，以箭头形式连接每个节点。
  • 实现细节：
    • 使用一个指针 pcur 初始化为链表的头节点 phead。
    • 循环遍历链表直到 pcur 为空（即到达链表末尾）。
    • 打印当前节点的值 pcur->val，并移动到下一个节点 pcur = pcur->next。
    • 最后打印 "NULL" 表示链表结束。

创建新节点 SLBuyNode

c 复制代码 
SListNode* SLBuyNode(SLDataTyped x) {
    SListNode* newNode = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode));
    if (newNode == NULL) {
        printf("Memory allocation failed\n");
        exit(1);
    }
    newNode->val = x;
    newNode->next = NULL;
    return newNode;
}
  • 功能 ：创建一个新的链表节点并初始化其值和 next 指针。
  • 实现细节：
    • 使用 malloc 分配内存以存储新节点。
    • 检查内存分配是否成功，若失败则输出错误信息并退出程序。
    • 将新节点的 val 设置为参数 x，next 设置为 NULL，表示该节点为链表的末尾节点。
    • 返回指向新创建节点的指针。

头部插入节点 SListPushFront

c 复制代码 
void SListPushFront(SListNode** pphead, SLDataTyped x) {
    SListNode* newNode = SLBuyNode(x);  // 创建一个新节点
    newNode->next = *pphead;            // 新节点的 next 指向当前头节点
    *pphead = newNode;                  // 更新头节点指针，使其指向新节点
}
  • 功能：在链表的头部插入一个新节点。
  • 实现细节：
    • 创建一个新的节点 newNode 并将其值初始化为 x。
    • 将新节点的 next 指向当前的头节点 *pphead。
    • 更新头节点指针 *pphead，使其指向新节点 newNode。

尾部插入节点 SListPushBack

c 复制代码 
void SListPushBack(SListNode** pphead, SLDataTyped x) {
    SListNode* newNode = SLBuyNode(x);  // 创建一个新节点
    if (*pphead == NULL) {
        *pphead = newNode;              // 若链表为空，直接将新节点设为头节点
    } else {
        SListNode* pcur = *pphead;
        while (pcur->next) {
            pcur = pcur->next;          // 找到链表的最后一个节点
        }
        pcur->next = newNode;           // 将新节点连接到链表的最后
    }
}
  • 功能：在链表的尾部插入一个新节点。
  • 实现细节：
    • 创建一个新的节点 newNode 并将其值初始化为 x。
    • 检查链表是否为空（即 *pphead == NULL），如果是，直接将新节点设为头节点。
    • 如果链表不为空，使用 pcur 指针遍历链表直到找到最后一个节点。
    • 将最后一个节点的 next 指针指向新节点 newNode，完成插入操作。

头部删除节点 SListPopFront

c 复制代码 
void SListPopFront(SListNode** pphead) {
    assert(pphead && *pphead);  // 断言链表和头节点都存在
    SListNode* del = *pphead;   // 记录要删除的节点
    *pphead = (*pphead)->next;  // 更新头节点指针，使其指向下一个节点
    free(del);                  // 释放被删除的节点的内存
}
  • 功能：删除链表的头部节点。
  • 实现细节：
    • 使用断言 assert 确保链表和头节点 *pphead 存在。
    • 创建一个临时指针 del，指向要删除的节点 *pphead。
    • 更新头节点指针 *pphead，使其指向下一个节点 (*pphead)->next。
    • 释放被删除节点 del 的内存，防止内存泄漏。

尾部删除节点 SListPopBack

c 复制代码 
void SListPopBack(SListNode** pphead) {
    assert(pphead && *pphead);  // 断言链表和头节点都存在
    if (*pphead == NULL) {
        return;                 // 如果链表为空，直接返回
    }
    SListNode* pcur = *pphead;
    SListNode* prev = NULL;

    while (pcur->next) {
        prev = pcur;
        pcur = pcur->next;      // 找到链表的倒数第二个节点
    }
    if (prev == NULL) {
        free(*pphead);          // 若链表只有一个节点，直接释放头节点
        *pphead = NULL;
    } else {
        free(pcur);             // 释放最后一个节点的内存
        prev->next = NULL;      // 断开倒数第二个节点与最后一个节点的连接
    }
}
  • 功能：删除链表的尾部节点。
  • 实现细节：
    • 使用断言 assert 确保链表和头节点 *pphead 存在。
    • 如果链表为空（即 *pphead == NULL），直接返回，不进行删除操作。
    • 使用 pcur 指针和 prev 指针找到链表的倒数第二个节点 prev 和最后一个节点 pcur。
    • 如果 prev 为 NULL，表示链表只有一个节点，直接释放头节点 *pphead。
    • 否则，释放最后一个节点 pcur 的内存，并断开 prev->next 指针与 pcur 的连接，完成删除操作。

查找节点 SListFind

c 复制代码 
SListNode* SListFind(SListNode** pphead, SLDataTyped x) {
    assert(pphead && *pphead);  // 断言链表和头节点都存在
    SListNode* pcur = *pphead;
    while (pcur) {
        if (pcur->val == x) {
            return pcur;        // 找到值为 x 的节点，返回该节点指针
        }
        pcur = pcur->next;      // 继续遍历下一个节点
    }
    return NULL;                // 遍历完链表未找到，返回 NULL
}
  • 功能 ：在链表中查找值为 x 的节点。
  • 实现细节：
    • 使用断言 assert 确保链表和头节点 *pphead 存在。
    • 使用 pcur 指针遍历整个链表。
    • 如果找到节点值等于 x 的节点，返回该节点的指针 pcur。
    • 如果遍历完整个链表都没有找到值为 x 的节点，返回 NULL。

在指定位置之前插入节点 SListInsert

c 复制代码 
void SListInsert(SListNode** pphead, SListNode* pos, SLDataTyped x) {
    assert(pphead && *pphead);  // 断言链表和头节点都存在
    assert(pos);                // 断言插入位置 pos 存在

    SListNode* pcur = *pphead;
    SListNode* prev = NULL;

    if (pos == *pphead) {
        SListPushFront(pphead, x);  // 如果插入位置是头节点，则调用头部插入函数
    } else {
        SListNode* newNode = SLBuyNode(x);  // 创建新节点
        while (pcur != pos) {
            prev = pcur;
            pcur = pcur->next;      // 找到插入位置的前一个节点 prev 和插入位置节点 pos
        }
        prev->next = newNode;       // 将新节点插入到 prev 和 pos 之间
        newNode->next = pos;
    }
}
  • 功能 ：在链表中指定位置 pos 之前插入一个新节点。
  • 实现细节：
    • 使用断言 assert 确保链表和头节点 *pphead 存在，以及插入位置 pos 存在。
    • 创建 pcur 和 prev 指针，用于遍历链表和记录插入位置的前一个节点。
    • 如果插入位置 pos 是头节点 *pphead，则调用 SListPushFront 函数在头部插入节点。
    • 否则，创建新节点 newNode 并找到 pos 的前一个节点 prev。
    • 将新节点 newNode 插入到 prev 和 pos 之间，完成插入操作。

在指定位置之后插入节点 SListInsertAfter

c 复制代码 
void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLDataTyped x) {
    assert(pos);                // 断言插入位置 pos 存在

    SListNode* newNode = SLBuyNode(x);  // 创建新节点
    newNode->next = pos->next;  // 将新节点的 next 指向 pos 的下一个节点
    pos->next = newNode;        // 将 pos 的 next 指向新节点，完成插入操作
}
  • 功能 ：在链表中指定位置 pos 之后插入一个新节点。
  • 实现细节：
    • 使用断言 assert 确保插入位置 pos 存在。
    • 创建新节点 newNode 并将其值初始化为 x。
    • 将新节点 newNode 的 next 指针指向 pos 的下一个节点 pos->next。
    • 将 pos 的 next 指针指向新节点 newNode，完成插入操作。

删除指定节点 SListErase

c 复制代码 
void SListErase(SListNode** pphead, SListNode* pos) {
    assert(pphead && *pphead);  // 断言链表和头节点都存在
    assert(pos);                // 断言要删除的位置 pos 存在

    SListNode* prev = *pphead;
    SListNode* pcur = *pphead;

    if (pos == *pphead) {
        SListPopFront(pphead);  // 如果要删除的位置是头节点，则调用头部删除函数
    } else {
        while (pcur != pos) {
            prev = pcur;
            pcur = pcur->next;  // 找到要删除位置的前一个节点 prev 和要删除的节点 pos
        }
        prev->next = pcur->next; // 将 prev 的 next 指向 pos 的下一个节点，跳过 pos
        free(pos);               // 释放 pos 节点的内存
    }
}
  • 功能 ：删除链表中指定位置 pos 的节点。
  • 实现细节：
    • 使用断言 assert 确保链表和头节点 *pphead 存在，以及要删除的位置 pos 存在。
    • 创建 prev 和 pcur 指针，用于遍历链表和记录要删除的位置 pos。
    • 如果要删除的位置 pos 是头节点 *pphead，则调用 SListPopFront 函数删除头部节点。
    • 否则，找到 pos 的前一个节点 prev 和要删除的节点 pos。
    • 将 prev 的 next 指针指向 pos 的下一个节点 pcur->next，跳过要删除的节点 pos。
    • 释放要删除节点 pos 的内存，完成删除操作。

删除指定节点之后的节点 SListEraseAfter

c 复制代码 
void SListEraseAfter(SListNode* pos) {
    assert(pos && pos->next);  // 断言插入位置 pos 和 pos 的下一个节点存在

    SListNode* next = pos->next;
    pos->next = next->next;    // 将 pos 的 next 指向 pos 的下下一个节点
    free(next);                // 释放 pos 的下一个节点的内存
}
  • 功能 ：删除链表中指定位置 pos 的下一个节点。
  • 实现细节：
    • 使用断言 assert 确保插入位置 pos 存在，且 pos 的下一个节点 pos->next 存在。
    • 创建 next 指针指向 pos 的下一个节点。
    • 将 pos 的 next 指针指向 next 的下一个节点 next->next，跳过 next 节点。
    • 释放 next 节点的内存，完成删除操作。

销毁链表 SListDestory

c 复制代码 
void SListDestory(SListNode** pphead) {
    assert(pphead && *pphead);  // 断言链表和头节点都存在

    SListNode* pcur = *pphead;
    while (pcur) {
        SListNode* next = pcur->next;  // 记录下一个节点的指针
        free(pcur);                    // 释放当前节点的内存
        pcur = next;                   // 移动到下一个节点
    }
    *pphead = NULL;                    // 将头节点指针设为 NULL，完成销毁操作
}
  • 功能：销毁整个链表并释放所有节点的内存。
  • 实现细节：
    • 使用断言 assert 确保链表和头节点 *pphead 存在。
    • 使用 pcur 指针遍历整个链表，依次释放每个节点的内存。
    • 在释放当前节点 pcur 内存之前，记录下一个节点的指针 next。
    • 将 pcur 移动到下一个节点 next，继续循环直到链表所有节点都被释放。
    • 最后将头节点指针 *pphead 设为 NULL，完成销毁链表的操作。

3.双向链表(带头节点的双向循环链表)

3.1结构

图示:

3.2双向链表的实现

List.h源代码:

c 复制代码 
//List.h文件
#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>

typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
	LTDataType x;
	struct ListNode* prev;
	struct ListNode* next;
}ListNode;
 
void ListInit(ListNode** phead);
//申请新的节点
ListNode* BuyListNode(LTDataType x);
//打印节点
void ListPrint(ListNode* phead);
//尾插尾删/头插头删
void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType x);
void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType x);

void ListPopBack(ListNode* phead);
void ListPopFront(ListNode* phead);

//查找
ListNode* ListFind(ListNode* phead,LTDataType x);
//在pos位置之后插入数据
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x);
//删除pos位置的数据
void ListErase(ListNode* pos);

//链表的销毁
void ListDestory(ListNode** pphead);

源码解析:

头文件保护和包含的头文件

c 复制代码 
#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
  • 功能 ：使用 #pragma once 实现头文件的单次包含保护，避免多重包含问题。
  • 头文件 ：包含了 stdio.h（标准输入输出）、stdlib.h（标准库函数）、assert.h（断言）。

定义节点结构体和数据类型

c 复制代码 
typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
    LTDataType x;
    struct ListNode* prev;
    struct ListNode* next;
} ListNode;
  • 功能 ：定义了双向链表的节点结构体 ListNode 和节点值的数据类型 LTDataType。
  • 结构体成员：
    • x：节点的数据成员。
    • prev：指向前一个节点的指针。
    • next：指向后一个节点的指针。

1. void ListInit(ListNode** phead);

  • 功能：初始化双向链表。
  • 参数 ：指向链表头节点指针的指针 phead。通过修改 phead 的值来更新链表头指针。

2. ListNode* BuyListNode(LTDataType x);

  • 功能：申请并返回一个新的链表节点。
  • 参数 ：节点的数据成员的值 x。
  • 返回值：指向新节点的指针。

3. void ListPrint(ListNode* phead);

  • 功能：打印双向链表的所有节点值。
  • 参数 ：指向链表头节点的指针 phead。

4. void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType x);

  • 功能：在链表尾部插入一个新节点。
  • 参数 ：指向链表头节点的指针 phead，新节点的数据成员的值 x。

5. void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType x);

  • 功能：在链表头部插入一个新节点。
  • 参数 ：指向链表头节点的指针 phead，新节点的数据成员的值 x。

6. void ListPopBack(ListNode* phead);

  • 功能：删除链表尾部的节点。
  • 参数 ：指向链表头节点的指针 phead。

7. void ListPopFront(ListNode* phead);

  • 功能：删除链表头部的节点。
  • 参数 ：指向链表头节点的指针 phead。

8. ListNode* ListFind(ListNode* phead, LTDataType x);

  • 功能 ：查找链表中第一个值为 x 的节点。
  • 参数 ：指向链表头节点的指针 phead，要查找的值 x。
  • 返回值 ：指向找到的节点的指针，若未找到则返回 NULL。

9. void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x);

  • 功能 ：在指定节点 pos 后插入一个新节点。
  • 参数 ：指定位置节点的指针 pos，新节点的数据成员的值 x。

10. void ListErase(ListNode* pos);

  • 功能 ：删除指定节点 pos。
  • 参数 ：指向链表中待删除节点的指针 pos。

11. void ListDestory(ListNode** pphead);

  • 功能：销毁整个链表及其所有节点。
  • 参数 ：指向链表头节点指针的指针 pphead。通过将所有节点释放，并将 *pphead 设置为 NULL 来实现。

List.c源码

c 复制代码 
//List.c文件
#include "List.h"

void ListInit(ListNode** phead)
{
	assert(phead);

	*phead = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	(*phead)->x = -1;
	(*phead)->next = *phead;
	(*phead)->prev = *phead;
}

ListNode* BuyListNode(LTDataType x)
{
	ListNode* newNode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	newNode->x = x;
	newNode->next = newNode;
	newNode->prev = newNode;

	return newNode;
}

void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	ListNode* tail = phead->prev;

	ListNode* newNode = BuyListNode(x);
	newNode->next = phead;
	newNode->prev = tail;

	tail->next = newNode;
	phead->prev = newNode;
}

void ListPrint(ListNode* phead)
{
	assert(phead);

	ListNode* pcur = phead->next;

	while (pcur != phead)
	{
		printf("%d->", pcur->x);
		pcur = pcur->next;
	}
	printf("\n");
}

void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	ListNode* newNode = BuyListNode(x);

	phead->next->prev = newNode;

	newNode->next = phead->next;
	newNode->prev = phead;
	phead->next = newNode;
}

void ListPopBack(ListNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);

	ListNode* del = phead->prev;

	del->prev->next = phead;
	phead->prev = del->prev;

	free(del);
	del = NULL;
}

void ListPopFront(ListNode* phead)
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);

	ListNode* del = phead->next;

	phead->next = del->next;
	del->next->prev = phead;

	free(del);
	del = NULL;
}

ListNode* ListFind(ListNode* phead, LTDataType x)
{
	assert(phead);
	assert(phead->next != phead);

	ListNode* pcur = phead->next;

	while (pcur != phead)
	{
		if (pcur->x == x)
		{
			return pcur;
		}
		pcur = pcur->next;
	}

	return NULL;
}

void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x)
{
	assert(pos);
	ListNode* newNode = BuyListNode(x);
	
	pos->next->prev = newNode;
	newNode->next = pos->next;
	newNode->prev = pos;

	pos->next = newNode;
}

void ListErase(ListNode* pos)
{
	assert(pos);
	pos->prev->next = pos->next;
	pos->next->prev = pos->prev;

	free(pos);
	pos == NULL;
}

void ListDestory(ListNode** pphead)
{
	assert(pphead);
	assert(*pphead != NULL);

	ListNode* pcur = (*pphead)->next;
	ListNode* next = pcur->next;
	while (pcur != *pphead)
	{
		free(pcur);
		pcur = next;
		next = pcur->next;
	}

	free(*pphead);
	*pphead = NULL;
}

源码解析:

1. void ListInit(ListNode** phead)

c 复制代码 
void ListInit(ListNode** phead)
{
    assert(phead);

    *phead = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
    (*phead)->x = -1;
    (*phead)->next = *phead;
    (*phead)->prev = *phead;
}

功能：初始化双向循环链表。

实现过程：

  • 使用 malloc 分配内存以存储头节点。
  • 将头节点的数据域 x 初始化为 -1，表示头节点。
  • 将头节点的 next 和 prev 指针都指向自身，形成一个空链表的循环结构。

2. ListNode* BuyListNode(LTDataType x)

c 复制代码 
ListNode* BuyListNode(LTDataType x)
{
    ListNode* newNode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
    newNode->x = x;
    newNode->next = newNode;
    newNode->prev = newNode;

    return newNode;
}

功能：申请并返回一个新的链表节点。

实现过程：

  • 使用 malloc 分配内存以存储新节点。
  • 将新节点的数据域 x 初始化为参数 x。
  • 将新节点的 next 和 prev 指针都指向自身，表示新节点单独存在时的循环结构。

3. void ListPrint(ListNode* phead)

c 复制代码 
void ListPrint(ListNode* phead)
{
    assert(phead);

    ListNode* pcur = phead->next;

    while (pcur != phead)
    {
        printf("%d->", pcur->x);
        pcur = pcur->next;
    }
    printf("\n");
}

功能：打印双向循环链表的所有节点值。

实现过程：

  • 从链表的第一个节点开始遍历，直到回到头节点 phead。
  • 使用 printf 打印每个节点的数据域 x 的值，并在末尾输出换行符。

4. void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType x)

c 复制代码 
void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType x)
{
    assert(phead);
    ListNode* tail = phead->prev;

    ListNode* newNode = BuyListNode(x);
    newNode->next = phead;
    newNode->prev = tail;

    tail->next = newNode;
    phead->prev = newNode;
}

功能：在链表尾部插入一个新节点。

实现过程(在实现这些函数时我们都需要画图辅组我们写代码.)：

  • 找到链表尾部节点 tail，即 phead->prev。
  • 创建一个新节点 newNode，并将其 next 指向头节点 phead，将其 prev 指向 tail。
  • 更新 tail 和 phead 的 next 和 prev 指针，使新节点插入到尾部。

图示:

5. void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType x)

c 复制代码 
void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType x)
{
    assert(phead);
    ListNode* newNode = BuyListNode(x);

    phead->next->prev = newNode;

    newNode->next = phead->next;
    newNode->prev = phead;
    phead->next = newNode;
}

功能：在链表头部插入一个新节点。

实现过程：

  • 创建一个新节点 newNode。
  • 将新节点的 next 指向头节点的 next，将新节点的 prev 指向头节点 phead。
  • 更新头节点 phead 和原头节点的 next 节点的 prev 指针，使新节点插入到头部。

6. void ListPopBack(ListNode* phead)

c 复制代码 
void ListPopBack(ListNode* phead)
{
    assert(phead);
    assert(phead->next != phead);

    ListNode* del = phead->prev;

    del->prev->next = phead;
    phead->prev = del->prev;

    free(del);
    del = NULL;
}

功能：删除链表尾部的节点。

实现过程：

  • 找到链表尾部节点 del，即 phead->prev。
  • 更新 del 节点前后节点的 next 和 prev 指针，使尾部节点从链表中删除。
  • 释放 del 节点的内存。

7. void ListPopFront(ListNode* phead)

c 复制代码 
void ListPopFront(ListNode* phead)
{
    assert(phead);
    assert(phead->next != phead);

    ListNode* del = phead->next;

    phead->next = del->next;
    del->next->prev = phead;

    free(del);
    del = NULL;
}

功能：删除链表头部的节点。

实现过程：

  • 找到头部节点 del，即 phead->next。
  • 更新头节点 phead 和原头节点的 next 节点的 prev 指针，使头部节点从链表中删除。
  • 释放 del 节点的内存。

8. ListNode* ListFind(ListNode* phead, LTDataType x)

c 复制代码 
ListNode* ListFind(ListNode* phead, LTDataType x)
{
    assert(phead);
    assert(phead->next != phead);

    ListNode* pcur = phead->next;

    while (pcur != phead)
    {
        if (pcur->x == x)
        {
            return pcur;
        }
        pcur = pcur->next;
    }

    return NULL;
}

功能 ：查找链表中第一个值为 x 的节点。

实现过程：

  • 从链表的第一个节点开始遍历，直到回到头节点 phead。
  • 比较每个节点的数据域 x 和参数 x，找到匹配的节点则返回其指针，否则返回 NULL。

9. void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x)

c 复制代码 
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x)
{
    assert(pos);
    ListNode* newNode = BuyListNode(x);
    
    pos->next->prev = newNode;
    newNode->next = pos->next;
    newNode->prev = pos;

    pos->next = newNode;
}

功能 ：在指定节点 pos 后插入一个新节点。

实现过程：

  • 创建一个新节点 newNode。
  • 将新节点的 next 指向 pos 节点的 next，将新节点的 prev 指向 pos 节点。
  • 更新 pos 节点和 pos 后面节点的 prev 指针，使新节点插入到指定位置。

10. void ListErase(ListNode* pos)

c 复制代码 
void ListErase(ListNode* pos)
{
    assert(pos);
    pos->prev->next = pos->next;
    pos->next->prev = pos->prev;

    free(pos);
    pos = NULL;
}

功能 ：删除指定节点 pos。

实现过程：

  • 更新 pos 节点前后节点的 next 和 prev 指针，使节点 pos 从链表中删除。
  • 释放 pos 节点的内存。

11. void ListDestory(ListNode** pphead)

c 复制代码 
void ListDestory(ListNode** pphead)
{
    assert(pphead);
    assert(*pphead != NULL);

    ListNode* pcur = (*pphead)->next;
    ListNode* next = pcur->next;
    while (pcur != *pphead)
    {
        free(pcur);
        pcur = next;
        next = pcur->next;
    }

    free(*pphead);
    *pphead = NULL;
}

功能：销毁整个链表及其所有节点。

实现过程：

  • 从链表的第一个节点开始，逐个释放每个节点的内存，直到回到头节点。
  • 最后释放头节点的内存，并将 *pphead 置为 NULL。

4.顺序表和链表的对比

4.1 存储结构

  • 顺序表（数组） ：
    • 存储方式：使用一段连续的内存空间存储元素，通过索引访问元素。
    • 特点：随机访问速度快，时间复杂度为 O(1)；插入和删除元素时，需要移动大量元素，时间复杂度为 O(n)。
  • 链表 ：
    • 存储方式：使用不连续的内存空间，每个节点存储数据和指向下一个节点的指针。
    • 特点：插入和删除元素方便，时间复杂度为 O(1)，只需修改指针；随机访问效率较低，需从头节点遍历到目标节点，时间复杂度为 O(n)。

4.2 内存管理

  • 顺序表 ：
    • 内存管理：动态顺序表在实现时通常会预留一定的空间，当元素数量超过当前容量时，会动态扩展内存空间。这通常涉及到重新分配更大的内存块，并将原有数据复制到新的内存中，然后释放旧内存。
    • 优点：在元素数量不断增加时，仍然可以保持高效的随机访问性能，而且相比静态顺序表更加灵活。
    • 缺点：动态扩展和内存重新分配可能会导致性能开销，特别是在频繁操作大量数据时。
  • 链表 ：
    • 内存分配：节点动态分配，每个节点独立管理内存。
    • 优点：插入和删除效率高，不会造成内存碎片。
    • 缺点：每个节点额外需要存储指针信息，占用更多内存空间；随机访问效率低下。

4.3 适用场景

  • 顺序表 ：
    • 当需要高效的随机访问
  • 链表 ：
    • 当需要频繁插入和删除操作，而不关心随机访问效率时。

🥇结语

通过本篇文章的学习，您应该已经掌握了链表的基本概念、创建和操作方法，以及链表在C语言中的应用。链表作为一种灵活且高效的线性数据结构，在许多编程场景中都有广泛的应用。希望通过这些知识，您能够更好地理解和运用链表，从而为进一步学习和掌握更复杂的数据结构打下坚实的基础。感谢您阅读HanLop博客，期待在下一篇文章中继续与您探讨更多有趣的数据结构和算法。

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