单链表基础操作

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abstract

单链表是一种简单的动态数据结构，它由一系列结点组成，每个结点包含一个数据域和一个指向下一个结点的指针。

带头结点的单链表的头结点不存储数据，仅用于指向第一个真正存储数据的结点。

以下是C语言中单链表的一些常用操作：(默认带有头结点)

定义结点结构

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typedef struct Node
{
    int data;
    struct Node *next;
} Node;
typedef Node *LinkList;
//为了提高可读性,利用typedef和Node类型定义一个LinkList类型,效果:ListList L;等价于Node *L;

// typedef *Node LinkList;//这种定义是错误的

初始化链表

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Node* initList() {
    Node* head = (Node*)malloc(sizeof(Node));
    head->next = NULL;
    return head;
}

遍历链表

遍历链表并打印每个结点的数据：

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void printList(Node* head) {
    Node* p = head->next; // 从首元开始
    while (p != NULL) {
        printf("%d -> ", p->data);
        p = p->next;
    }
    printf("NULL\n");
}

求表长

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int Length(Node* L){
	int len=0;//记录链表长度
    Node *p=L;//p初始化为头指针
    while(p->next!=NULL){
        p=p->next;//正式更新p,最后一趟(p->next是尾元,p是倒数第二个结点)p会被此语句更新为尾元
        len++;//刷新此时p所指结点的位序
    }//退出循环时,p是尾结点,其后继为NULL
    return len;
}

或者

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int Length(Node* L){
	int len=0;//记录链表长度
    Node *p=L->next;//p初始化为首元(可能为空)
    while(p){//最有一次进入循环是p为尾元的情况
        len++;//刷新此时p所指结点的位序
        p=p->next;
    }//离开是p==NULL
    return len;
}

查找结点

分两两种类型:按序号查找和安值查找

根据序号查找结点

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Node *getElem(Node*L,int i){
	Node *p=L;//辅助指针初始化为头指针(头结点指针);
    int j=0;//指示p指向第几个结点(头结点是第0个结点),从而判断p是否为目标结点可以通用判断j==i来实现
    while(p!=NULL && j<i){
        //这种判断条件允许参数i=0;这会返回头结点(而非首元)
        p=p->next; //p->next从首元开始
        j++; 
    }//最后一次进入循环是p为尾元或者j=i-1;离开循环时p是尾元的后继NULL,即p==NULL或j==i;如果是NULL说明找不到想要的结点(越界)
    return p;
}
//这里用不着p指向尾元,所以while条件中用了p!=NULL

根据值查找结点

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Node* LocateElem(Node* head, int e) {
    Node* p = head->next; // 从首元开始
    while(p!=NULL && p->data!=e){
        p=p->next;
    }
    return p;
 
}

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Node* LocateElem(Node* head, int e) {
    Node* p = head->next; // 从首元开始
 //判断条件分开写也可以
    while (p != NULL) {
        if (p->data == e) return p;
        p = p->next;
    }
    return NULL;
}

插入结点

在带头结点的单链表中，我们可以在任意位置插入一个新结点。

首尾位置插入

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// 头插法
void insertAtHead(Node* head, int data) {
    Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
    newNode->data = data;
    newNode->next = head->next;
    head->next = newNode;
}

// 尾插法
void insertAtTail(Node* head, int data) {
    Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
    newNode->data = data;
    newNode->next = NULL;
    //通过遍历找到最后一个结点,链接新结点
    Node* p = head;//辅助指针遍历
    while (p->next != NULL) {
        p = p->next;
    }//退出时说明p指向尾结点(非空)
    //链接尾部新结点
    p->next = newNode;
}

一般位置插入(通用插入)

找到要插入位置的前驱结点,然后执行插入

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#define bool int
#define true 1
#define false 0

bool ListInsert(Node*L,int i,ElemType e){
    Node*p=L;
    int j=0;//指示当前p所指的结点位序
    //找到要插入的位置结点的前驱(第i-1)个结点
    while(p!=NULL && j<i-1){
        p=p->next;
        j++;
    }//离开循环时,若干长度足够,那么是由于j==i-1,否则p==NULL发生越界
    //检查j的合法性(越界)
    if(p==NULL){
        return false;
    }
    //新建结点
	Node *s=(Node*)malloc(sizeof(Node));
    s->data=e;
    //插入结点
    s->next=p->next;
    p->next=s;
    return true;
}

找到尾元素|尾指针相关操作

读者可能会考虑以下写法来遍历整个链表

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Node* p = head->next;//首元
while (p) {
    p = p->next;
}//离开循环时p已经是NULL而不是尾结点了,这往往不是我们想要的,尤其是要后续访问或删除尾结点的操作将无法直接利用p进行

因此该写法不利于后续灵活处理,通常把循环语句中的判断语句写成(p->next!=NULL)

或者配合break语句也可以找出最后一个非空结点的指针p

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Node* p = head->next;//首元
while (p) {//也可以是while(1)
    if(p->next==NULL){
        break;
    }
    p = p->next;//可以保证这个赋值内容是非空的
}//退出时说明p指向尾结点(非空)

这种写法虽然也可以,但是简洁和紧凑程度不如下面的做法

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 while (p->next != NULL) {
        p = p->next;
}

删除结点

删除指定位置的结点，可以是根据位置删除或者根据值删除：

若根据位序删除(位序范围 1 ∼ n 1\sim{n} 1∼n,其中 n n n为链表长度)

根据值删除结点

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// 根据值删除结点
void deleteByValue(Node* head, int value) {
    Node* p = head;
    while (p->next != NULL && p->next->data != value) {
        p = p->next;
    }
    if (p->next != NULL) {
        Node* toDelete = p->next;
        p->next = toDelete->next;
        free(toDelete);
    }
}

找到目标结点的前驱,然后执行删除

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#define bool int
#define true 1
#define false 0
bool ListDelete(Node *L, int i, ElemType *e)
{
    Node *p = L;
    int j = 0;
    // 找到第i个结点的前驱(第i-1个结点)
    while (p && j < i - 1)
    {
        p = p->next;
        j++;
    }
    // 如果此时p是尾结点(后继结点为空,不用删除)或者空指针(没有后继),两种情况都说明i不合法
    if (p == NULL || p->next == NULL)
    {
        return false;
    }
    Node *q = p->next;
    *e = q->data; // 返回被删除的值
    p->next = q->next;//更新后继(断开q结点)
    free(q);//释放q的内存空间
    return true;
}