数据结构-链表【chapter1】【c语言版】

躺不平的理查德2024-11-07 22:05

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[1 链表的优势：](#1 链表的优势：)

[2 链表的组成:](#2 链表的组成:)

3.一般使用结构体的形式来实现链表：

4.单向链表实现(创建，遍历，释放)：

4.1代码关键点备注：

5.查找节点：

5.1.按值查找节点

5.2.按位置查找节点

[5.3 查找是否存在某个值](#5.3 查找是否存在某个值)

[5.4. 查找链表中最后一个节点](#5.4. 查找链表中最后一个节点)

[5.5 查找链表中倒数第 k 个节点](#5.5 查找链表中倒数第 k 个节点)

6.删除节点

[6.1 删除头节点](#6.1 删除头节点)

6.2删除尾节点

6.3.删除指定位置的节点

6.4.删除指定值的节点

6.5.释放整个链表

1 链表的优势：

  1. 动态大小：链表的大小可以根据需要动态调整，而数组在声明时大小固定。
  2. 插入和删除操作高效：在链表中，插入和删除操作不需要移动元素，只需修改指针即可，效率更高。
  3. 内存利用率高：链表可以根据需要分配内存，不会浪费空间。

2 链表的组成:

  1. 节点结构：链表由多个节点组成，每个节点通常包含两部分：

    • 数据域：存储实际的数据。
    • 指针域：指向下一个节点的指针（在双向链表中，还会有指向前一个节点的指针），第一个节点的指针域保存第二个节点的地址。

  2. 头指针 ：链表通常有一个头指针，指向链表的第一个节点。如果链表为空，头指针为NULL。

  3. 尾指针（可选）：在某些实现中，链表还可能包含一个指向最后一个节点的指针，以便于在尾部插入节点时提高效率

3.一般使用结构体的形式来实现链表：

objectivec 复制代码 
struct Node {
    int data;          // 数据域
    struct Node* next; // 指针域，指向下一个节点
};

在正式手搓单向链表前，先复习一下二级指针：

指针 ：一个变量，它存储另一个变量的地址。例如，Node* head 是一个指向 Node 类型的指针。

二级指针 ：一个指向指针的指针。比如，Node** head 表示这是一个指向 Node* 的指针，通常用于传递指针的地址，以便在函数内可以修改这个指针的值。在链表的实现中，使用二级指针来传递指向头指针的地址，这样就可以在函数内部修改头指针的值。

4.单向链表实现(创建，遍历，释放)：

下面是一个代码的示例：

objectivec 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// 定义链表节点结构体
struct Node {
    int data;           // 节点数据
    struct Node* next;  // 指向下一个节点的指针
};

// 创建链表节点并添加到链表末尾
void createNode(struct Node** head, int value) {
    struct Node* newNode = (struct Node*)malloc(sizeof(struct Node)); // 分配新节点内存
    newNode->data = value;       // 设置节点的数据
    newNode->next = NULL;        // 新节点的下一个指针初始化为 NULL

    // 检查链表是否为空
    if (*head == NULL) {
        *head = newNode;  // 如果链表为空，则将新节点设置为头节点
    } else {
        struct Node* temp = *head; // 使用 *head 访问当前头节点
        while (temp->next != NULL) { // 遍历链表到最后一个节点
            temp = temp->next;
        }
        temp->next = newNode;  // 将新节点链接到链表末尾
    }
}

// 打印链表中的所有节点
void printList(struct Node* head) {
    struct Node* temp = head;  // struct Node* temp = head; 这一行定义了一个
//新的指针变量 temp，并将 head 的值（即头节点的地址）赋给它。
    while (temp != NULL) {
        printf("%d -> ", temp->data);  // 打印当前节点的数据
        temp = temp->next;  // 移动到下一个节点
    }
    printf("NULL\n");  // 链表结束标志
}

// 释放链表内存
void freeList(struct Node** head) {
    struct Node* temp;
    while (*head != NULL) {
        temp = *head;          // 备份当前头节点
        *head = (*head)->next; // 移动头指针到下一个节点
        free(temp);           // 释放备份的节点内存
    }
}

int main() {
    struct Node* head = NULL;  // 初始化链表头节点为空
    int n, value;

    // 输入节点的个数
    printf("请输入链表节点的个数: ");
    scanf("%d", &n);

    // 使用 for 循环创建链表
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("请输入第 %d 个节点的值: ", i + 1);
        scanf("%d", &value);
        createNode(&head, value);  // 通过二级指针传入头指针
    }

    // 打印链表内容
    printf("链表内容: ");
    printList(head);

    // 释放链表内存
    freeList(&head);

    return 0;
}

4.1代码关键点备注：

在void createNode中:

  • head 是一个指向链表 头节点 的 指针的地址。（&head）
  • 通过传入二级指针，createNode 函数可以在链表为空时直接修改头指针的值，让新节点成为链表的头节点（即 *head = newNode; 的情况）。

在void printList(struct Node* head)中：

  • head 是指向链表 头节点 的 指针，用于从链表的第一个节点开始进行遍历。struct Node* temp = head; 这一行定义了一个新的指针变量 temp，并将 head 的值（即头节点的地址）赋给它。（head）
  • printList 函数并不修改链表的结构或内容，只是逐一访问每个节点的数据并打印。因此，只需传入一个指向头节点的普通指针，而不需要使用二级指针（不需要修改头指针的值）。

5.查找节点：

5.1.按值查找节点

  • 在链表中查找第一个数据与指定值匹配的节点，并返回该节点的指针。
  • 如果找不到该值，通常返回 NULL。
objectivec 复制代码 
struct Node* searchByValue(struct Node* head, int value) {
    struct Node* temp = head;
    while (temp != NULL) {
        if (temp->data == value) {
            return temp; // 找到匹配值的节点，返回指针
        }
        temp = temp->next; // 移动到下一个节点
    }
    return NULL; // 没有找到
}

5.2.按位置查找节点

  • 按照链表中的位置（索引）查找节点。位置通常从 0 开始，即第 0 个节点是头节点。
  • 如果位置超出链表长度，可以返回 NULL。
objectivec 复制代码 
struct Node* searchByPosition(struct Node* head, int position) {
    struct Node* temp = head;
    int currentIndex = 0;
    while (temp != NULL) {
        if (currentIndex == position) {
            return temp; // 找到指定位置的节点
        }
        temp = temp->next;
        currentIndex++;
    }
    return NULL; // 位置超出链表长度
}

5.3 查找是否存在某个值

  • 在链表中查找是否存在某个值，只返回 1（找到）或 0（未找到），而不返回节点。
objectivec 复制代码 
int containsValue(struct Node* head, int value) {
    struct Node* temp = head;
    while (temp != NULL) {
        if (temp->data == value) {
            return 1; // 找到该值，返回 1
        }
        temp = temp->next;
    }
    return 0; // 没找到该值，返回 0
}

5.4. 查找链表中最后一个节点

  • 可以用来获取链表的尾节点。
objectivec 复制代码 
struct Node* getLastNode(struct Node* head) {
    if (head == NULL) return NULL; // 链表为空

    struct Node* temp = head;
    while (temp->next != NULL) {
        temp = temp->next;
    }
    return temp; // 返回最后一个节点
}

5.5 查找链表中倒数第 k 个节点

  • 经典问题，常用 双指针 方法实现。用两个指针 fast 和 slow，它们都从链表的头节点 head 出发，但 fast 会比 slow 先走 k 步。然后，让两个指针同时移动，直到 fast 到达链表的末尾。此时，slow 就刚好停在倒数第 k 个节点的位置。
objectivec 复制代码 
struct Node* getKthFromEnd(struct Node* head, int k) {
    struct Node *fast = head, *slow = head;

    // 让 fast 指针先走 k 步
    for (int i = 0; i < k; i++) {
        if (fast == NULL) return NULL; // 链表长度小于 k
        fast = fast->next;
    }

    // 同时移动 fast 和 slow 指针，直到 fast 到达链表末尾
    while (fast != NULL) {
        fast = fast->next;
        slow = slow->next;
    }

    return slow; // slow 指针就是倒数第 k 个节点
}

6.删除节点

6.1 删除头节点

objectivec 复制代码 
void deleteHead(struct Node** head) {
    if (*head == NULL) return; // 链表为空，无法删除

    struct Node* temp = *head; // 备份头节点
    *head = (*head)->next;     // 更新头节点为下一个节点
    free(temp);                // 释放备份的头节点内存
}

6.2删除尾节点

删除链表的最后一个节点。需要遍历链表，找到倒数第二个节点并将其 next 指针设为 NULL。

objectivec 复制代码 
void deleteTail(struct Node** head) {
    if (*head == NULL) return; // 链表为空，无法删除

    if ((*head)->next == NULL) { // 如果只有一个节点
        free(*head);
        *head = NULL; // 更新头指针为 NULL
        return;
    }

    struct Node* temp = *head;
    while (temp->next->next != NULL) { // 遍历到倒数第二个节点
        temp = temp->next;
    }

    free(temp->next); // 释放最后一个节点
    temp->next = NULL; // 将倒数第二个节点的 next 设为 NULL
}

1 -> 2 -> 3 -> NULL

在执行删除尾节点的操作时：

  • temp 会遍历到节点 2（倒数第二个节点），temp->next 会指向节点 3（最后一个节点）。
  • 当我们执行 free(temp->next);，节点 3 被释放。
  • 然后执行 temp->next = NULL;，使得节点 2 变成链表的新尾节点，链表现在变为：

1 -> 2 -> NULL

6.3.删除指定位置的节点

根据给定的位置删除节点。

objectivec 复制代码 
void deleteAtPosition(struct Node** head, int position) {
    if (*head == NULL) return; // 链表为空，无法删除

    if (position == 0) { // 如果要删除的是头节点
        deleteHead(head);
        return;
    }

    struct Node* temp = *head;
    for (int i = 0; i < position - 1; i++) {
        if (temp == NULL || temp->next == NULL) {
            printf("位置超出链表长度\n");
            return; // 位置超出链表长度，无法删除
        }
        temp = temp->next; // 遍历到要删除节点的前一个节点
    }

    struct Node* nodeToDelete = temp->next; // 要删除的节点
    if (nodeToDelete == NULL) return; // 如果没有下一个节点，无法删除

    temp->next = nodeToDelete->next; // 将前一个节点的 next 指向要删除节点的下一个节点
    free(nodeToDelete); // 释放要删除的节点内存
}

6.4.删除指定值的节点

删除链表中第一个值匹配指定值的节点

objectivec 复制代码 
void deleteByValue(struct Node** head, int value) {
    if (*head == NULL) return; // 链表为空，无法删除

    struct Node* temp = *head;

    // 如果头节点的值就是要删除的值
    if (temp->data == value) {
        deleteHead(head);
        return;
    }

    // 遍历链表查找匹配的节点
    while (temp->next != NULL) {
        if (temp->next->data == value) { // 找到匹配的节点
            struct Node* nodeToDelete = temp->next; // 备份要删除的节点
            temp->next = nodeToDelete->next; // 链接前一个节点与后一个节点
            free(nodeToDelete); // 释放要删除的节点内存
            return; // 删除完毕，退出函数
        }
        temp = temp->next; // 移动到下一个节点
    }
}

6.5.释放整个链表

如果需要删除整个链表，释放所有节点内存。

objectivec 复制代码 
void freeList(struct Node** head) {
    struct Node* temp;
    while (*head != NULL) {
        temp = *head; // 备份当前头节点
        *head = (*head)->next; // 移动头指针到下一个节点
        free(temp); // 释放备份的节点内存
    }
}
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