C语言——链表

Archer1942025-03-10 0:03

大神文献：https://blog.csdn.net/weixin_73588765/article/details/128356985

目录

一、链表概念

[1. 什么是链表？](#1. 什么是链表？)

[1.1 链表的构成](#1.1 链表的构成)

[2. 链表和数组的区别](#2. 链表和数组的区别)

数组的特点：

链表的特点：

二者对比：

二、链表静态添加和遍历

三、统计链表节点个数、链表查询及修改节点

四、在指定节点插入新的节点

1.在指定节点后插入新的节点

2.在指定节点的前方插入新节点

1.第一个节点之前插入新的节点；

2.在中间的节点插入新的节点；

完整代码：

五、删除指定节点

1.删除第一个节点

2.删除中间的节点

完整代码：

六、动态创建节点

头插法

尾插法

一、链表概念

1. 什么是链表？

++链表是一种数据结构，是一种数据存放的思想；++

链表是一种物理存储上非连续，数据元素的逻辑顺序通过链表中的指针链接次序，实现的一种线性存储结构。

1.1 链表的构成

构成：链表由一个个结点组成，每个结点包含两个部分：数据域 和 指针域。

  • 数据域（data field）：每个结点中存储的数据。

  • 指针域（pointer field）：每个结点中存储下一个结点的地址。

2. 链表和数组的区别

数组的特点：

  • 数组中的每一个元素都属于同一数据类型的；
  • 数组是一组有序数据的集合；
  • 数组是在内存中开辟一段连续的地址空间用来存放一组数据，可以用数组名加下标来访问数组中的元素；

链表的特点：

  • 动态地进行存储分配的一种结构；
  • 链表中的各节点在内存中的地址都是不连续的；
  • 链表是由一个个节点组成，像一条链子一样；
  • 链表中的节点一般包括两个部分：（1）用户要用的数据（2）下一个节点的地址；

二者对比：

一个数组只能存放同一种类型的数据，而链表中就可以存放不同的数据类型；

数组中的元素地址是连续的，想删除或添加一个新的元素，十分的麻烦不灵活，而且用数组存放数据是都要先定义好数组的大小(即元素的个数)，如果在定义数组时，定义小了，内存不够用，定义大了，显然会浪费内存；

链表就可以很好的解决这些问题，链表中每一项都是一个结构体，链表中各节点在内存中的地址可以是不连续的，所以你想删除或添加一个新的节点很简单和方便，直接把节点中存放的的地址拿去修改就ok了(具体怎么添加或删除放在后用代码详细讲)。因为链表是一种动态结构，所以链表在建立的时候并不用像数组一样需要提前定义大小和位置(具体怎么创建也放在后面用代码详细讲)。

二、链表静态添加和遍历

思路：

静态创建的链表节点，都是不同内存地址，是不连续的。

所以我们要在每个节点的指针域中，存储下一个节点的地址，如上图：

  • 节点 1 的next（指针域），存储的是节点 2 的地址
  • 节点 2 的next（指针域），存储的是节点 3 的地址
  • 节点 3 的next（指针域），存储的是节点 4 的地址
  • 节点 4 的next（指针域），存储的是节点 5 的地址

通过这样的操作，就可以把这 5 个节点连接在一起。

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>

struct Test
{
    int data;
    struct Test *next;
};

// 打印链表（遍历链表）
void printfLink(struct Test *p) // 当前 p 存储的是 t1 的地址，也就是链表头
{
    while ( p != NULL ) // p 现是链表头节点，通过循环移动到下一个节点，直到 NULL 
    {
        printf("%d ",p->data); // 输出当前节点的 data 值
        p = p->next; // 使 p 移动至下一个节点
    }
    putchar('\n');
}

int main()
{
    // 创建节点
    struct Test t1 = {1, NULL}; // t1.data赋值为1，t1.next赋值为NULL
    struct Test t2 = {2, NULL};
    struct Test t3 = {3, NULL};
    struct Test t4 = {4, NULL};
    struct Test t5 = {5, NULL};

    // 链接节点
    t1.next = &t2; // t1.next存储t2的地址，使t1.next指向t2这个结构体变量
    t2.next = &t3;
    t3.next = &t4;
    t4.next = &t5;

    // 打印链表
    printfLink(&t1); // 将 t1（链表头）的地址传递给printfLink函数的结构体指针变量 p

    return 0;
}

三、统计链表节点个数、链表查询及修改节点

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>

struct Test
{
    int data;
    struct Test *next;
};

// 打印链表
void printfLink(struct Test *p) // 当前 p 存储的是 t1 的地址，也就是链表头
{
    while ( p != NULL ) // p 现是链表头节点，通过循环移动到下一个节点，直到 NULL 
    {
        printf("%d ",p->data); // 输出当前节点的 data 值
        p = p->next; // 使 p 移动至下一个节点
    }
    putchar('\n');
}

// 统计链表个数
int statisticsNode(struct Test *head) // 当前 head 存储的是 t1 的地址，也就是链表头
{
    int cnt = 0; // 计数器，统计节点个数

    // 遍历链表，直到 head == NULL
    while ( head != NULL )
    {
        cnt++; // 记录每一个节点
        head = head->next; // 使 head 移动至下一个节点
    }

    return cnt; // 返回节点个数
}

// 查询链表
int seekNode(struct Test *head, int data) // 当前 p 存储的是 t1 的地址，也就是链表头。data：我们需要查询的节点
{
    struct Test *p = head; // 备份头节点地址

    // 遍历链表，直到 p == NULL
    while ( p != NULL )
    {
        // 判断每个节点的数据域（p->data） 是否等于 我们需要查询的节点（data）
        if( p->data == data )
        {
            return 1; // 查询到，返回 1
        }
        p = p->next; // 使 p 移动至下一个节点
    }

    return -1;// 查不到，返回 -1
}

// 修改指定节点
int modifyNode(struct Test *head, int data) // 当前 p 存储的是 t1 的地址，也就是链表头。data：我们需要修改的节点
{
    struct Test *p = head; // 备份链表头

    // 遍历链表
    while ( p != NULL )
    {
        // 判断每个节点的数据域（p->data） 是否等于 我们需要修改的节点（data）
        if( p->data == data )
        {
            // 找了，将这个节点的原数据域的数据，修改为100
            p->data = 100;
            return 1; // 返回 1，表示修改成功
        }
        p = p->next; // 使 p 移动至下一个节点
    }
    return -1; // 返回 -1，找不到这个节点
}

int main()
{
    // 创建节点
    struct Test t1 = {1, NULL}; // t1.data赋值为1，t1.next赋值为NULL
    struct Test t2 = {2, NULL};
    struct Test t3 = {3, NULL};
    struct Test t4 = {4, NULL};
    struct Test t5 = {5, NULL};

    // 链接节点
    t1.next = &t2; // t1.next存储t2的地址，使t1.next指向t2这个结构体变量
    t2.next = &t3;
    t3.next = &t4;
    t4.next = &t5;

    // 打印链表
    printfLink(&t1);

    // 统计链表个数
    int ret = statisticsNode(&t1);
    printf("链表个数：%d\n", ret);

    // 查询链表
    int seekNodeData = 3; // 需要查询的节点
    ret = seekNode(&t1, seekNodeData); // 将 t1 的地址和需要查询的节点，传递至 seekNode 函数中
    if( ret == 1 ) // 判断返回值是否为1，如 1 表示找到了，非 1 表示找不到
    {
        printf("需查询的值：%d，查询结果：%d\n", seekNodeData, ret);
    }
    else
    {
        printf("需查询的值：%d，查询结果：%d\n", seekNodeData, ret);
    }

    // 修改指定节点
    int modifyNodeData = 5; // 需要修改的节点
    printf("修改之前的链表：");
    printfLink(&t1);
    ret = modifyNode(&t1, modifyNodeData); // 将 t1 的地址和需要修改的节点，传递至 modifyNode 函数中
    printf("修改之后的链表：");
    printfLink(&t1);

    return 0;
}

四、在指定节点插入新的节点

插入一个新节点有两种方法：

  1. 在指定节点后插入新的节点
  2. 在指定节点前插入新的节点

1.在指定节点后插入新的节点

如上图，在节点 2 的后方插入新的节点：

  1. 通过循环，遍历到指定的节点
  2. 让新节点的下一个节点，连接到节点 3
    new->next = p->next
  3. 使指定节点的下一个节点，连接到新节点
    p->next = new;
cpp 复制代码 
#include <stdio.h>

struct Test
{
    int data;
    struct Test *next;
};

// 打印链表
void printfLink(struct Test *p) // 当前 p 存储的是 t1 的地址，也就是链表头
{
    while ( p != NULL ) // p 现是链表头节点，通过循环移动到下一个节点，直到 NULL 
    {
        printf("%d ",p->data); // 输出当前节点的 data 值
        p = p->next; // 使 p 移动至下一个节点
    }
    putchar('\n');
}

// 在指定节点后方插入新节点
void afterInsertionNode(struct Test **head, int appointNode, struct Test *new)
{
    // 备份链表头地址
    struct Test *p = *head;

    // 遍历链表
    while ( p != NULL )
    {
        // 判断当前节点是否等于目标节点
        if( p->data == appointNode )
        {
            new->next = p->next; // 让新节点的下一个节点存储，原节点的下一个节点的地址
            p->next = new; // 让当前节点指向新节点
            return; // 找到之后直接返回
        }
        p = p->next; // 让当前节点移动到下一个节点
    }
    printf("没有找到目标节点，插入失败！\n");
}

int main()
{
    // 创建节点
    struct Test t1 = {1, NULL}; // t1.data赋值为1，t1.next赋值为NULL
    struct Test t2 = {2, NULL};
    struct Test t3 = {3, NULL};
    struct Test t4 = {4, NULL};
    struct Test t5 = {5, NULL};
    
    // 创建链表头
    struct Test *head = NULL;
    // 定义新节点并赋初值
    struct Test new = {100,NULL};

    // 链接节点
    head = &t1; // 头节点head，存储结构体变量 t1 的地址
    t1.next = &t2; // t1.next存储t2的地址，使t1.next指向t2这个结构体变量
    t2.next = &t3;
    t3.next = &t4;
    t4.next = &t5;

    // 打印链表
    printf("输出插入之前的链表：\n");
    printfLink(head);
    // 在指定节点后方插入新节点
    afterInsertionNode(&head, 2,&new);
    printf("输出插入之后的链表：\n");
    printfLink(head);

    return 0;
}

2.在指定节点的前方插入新节点

有两种情况：

  • 1.第一个节点之前插入新的节点；
  • 2.在中间的节点插入新的节点；

1.第一个节点之前插入新的节点；

如上图，在指定节点的节点 1，之前插入的新节点：

  1. 遍历，判断节点是否为指定节点
  2. 新节点的下一个，指向节点1的地址
    new->next = p;
  3. 因为此时新节点变成了头节点，所以此时将new的地址赋值给head
    head = new;
cpp 复制代码 
void forwardInsertionNode(struct Test **head, int appointNode, struct Test *new)
{
    struct Test *p = *head; // 备份链表头的地址

    // 判断第一个节点的data，是否等于目标节点
    if( p->data == appointNode )
    {
        // 将新节点的下一个节点指向，p的地址，此时new节点变成了链表头
        new->next = p;
        // 更新链表头的指向，使*head指向new的地址，让*head重新变成链表头
        *head = new;
        return;
    }
}

2.在中间的节点插入新的节点；

如上图，如果指定节点是5，之前插入新的节点：

思路：

按照之前的后面插入新节点的方法，当我们遍历到指定节点 5 的时候，如果将new的下一个节点，指向目标节点，是可以连接上的，但是new的节点如果访问到指定节点的上一个节点呢？这个时候很难找到目标节点的上一个节点的地址。

可以这么做，我们要在目标节点 5 之前插入一个新节点，比如说：现在 p 指向的是节点 4 ，节点 4 的下一个节点是目标节点 5 。那节点 4 ->next，不就是目标节点 5 吗？，节点 4 ->next->data，不就是节点 5 的data？然后将new->next指向目标节点 5 的地址，节点 4->next 指向new的地址，不就连上了。

cpp 复制代码 
    // 判断当前节点的下一个节点，是否为NULL
    while ( p->next != NULL )
    {
        // 判断当前节点的下一个节点的data，是否等于目标节点
        if( p->next->data == appointNode )
        {
            // 将new的下一个节点，指向原当前节点的下一个节点
            new->next = p->next;
            // 将当前节点的下一个节点指向new
            p->next = new;
            return;
        }
        p = p->next; // 偏移到下一个节点
    }

完整代码：

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>

struct Test
{
    int data;
    struct Test *next;
};

// 打印链表
void printfLink(struct Test *p) // 当前 p 存储的是 t1 的地址，也就是链表头
{
    while ( p != NULL ) // p 现是链表头节点，通过循环移动到下一个节点，直到 NULL 
    {
        printf("%d ",p->data); // 输出当前节点的 data 值
        p = p->next; // 使 p 移动至下一个节点
    }
    putchar('\n');
}

// 在指定节点前方插入新节点
void forwardInsertionNode(struct Test **head, int appointNode, struct Test *new)
{
    struct Test *p = *head; // 备份链表的地址，
                            // *head是一个二级指针，保存的是main函数t1的地址，是链表的头地址
                            // 除非链表头发生改变，否则不要更改链表头的地址

    // 判断目标节点是否为链表的第一个节点
    if( p->data == appointNode )
    {
        new->next = p; // 将新节点的下一个节点指向，p的地址，此时new节点变成了链表头
        *head = new; // 更新链表头的指向，使*head指向new的地址，让*head重新变成链表头
        return; 
    }

    // 判断当前节点的下一个节点，是否为NULL
    while ( p->next != NULL )
    {
        // 判断当前节点的下一个节点的data，是否等于目标节点
        if( p->next->data == appointNode )
        {
            // 将new的下一个节点，指向原当前节点的下一个节点
            new->next = p->next;
            // 将当前节点的下一个节点指向new
            p->next = new;
            return;
        }
        p = p->next; // 偏移到下一个节点
    }
}

int main()
{
    // 创建节点
    struct Test t1 = {1, NULL}; // t1.data赋值为1，t1.next赋值为NULL
    struct Test t2 = {2, NULL};
    struct Test t3 = {3, NULL};
    struct Test t4 = {4, NULL};
    struct Test t5 = {5, NULL};
    
    // 创建链表头
    struct Test *head = NULL;
    // 定义新节点并赋初值
    struct Test new = {100,NULL};

    // 链接节点
    head = &t1; // 头节点head，存储结构体变量 t1 的地址
    t1.next = &t2; // t1.next存储t2的地址，使t1.next指向t2这个结构体变量
    t2.next = &t3;
    t3.next = &t4;
    t4.next = &t5;

    // 打印链表
    printf("输出插入之前的链表：\n");
    printfLink(head);
    forwardInsertionNode(&head, 5,&new);
    printf("输出插入之后的链表：\n");
    printfLink(head);

    return 0;
}

五、删除指定节点

有两种情况：

  1. 删除第一个节点
  2. 删除中间的节点

1.删除第一个节点

思路：

head指向的是第一个节点，如果我需要删除第一个节点，需要free()释放内存，此时应当将head指向第二个节点。

cpp 复制代码 
    struct Test *p = *head; // 备份链表头的地址

    // 判断链表第一个节点的data，是否与目标节点相等
    if( p->data == appointNode )
    {
        // 将链表头指向第二个节点的地址
        *head = p->next;
        return;
    }

2.删除中间的节点

思路：

如果我们删除的是节点 3，那么节点 2 应该绕过节点 3，使节点 2 连接节点 4

cpp 复制代码 
    // 判断当前节点的下一个节点是否为NULL
    while ( p->next != NULL )
    {
        // 判断当前节点的下一个节点的data，是否等于目标节点
        if( p->next->data == appointNode )
        {
            // 当前节点的下一个，指向当前节点的下一个节点的下一个节点
            p->next = p->next->next;
            return;
        }
        p = p->next; // 将当前节点，移动到下一个节点
    }

完整代码：

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>

struct Test
{
    int data;
    struct Test *next;
};

// 打印链表
void printfLink(struct Test *p) // 当前 p 存储的是 t1 的地址，也就是链表头
{
    while ( p != NULL ) // p 现是链表头节点，通过循环移动到下一个节点，直到 NULL 
    {
        printf("%d ",p->data); // 输出当前节点的 data 值
        p = p->next; // 使 p 移动至下一个节点
    }
    putchar('\n');
}

// 删除节点
void delectNode(struct Test **head, int appointNode)
{
    struct Test *p = *head; // 备份链表头的地址

    // 判断链表第一个节点的data，是否与目标节点相等
    if( p->data == appointNode )
    {
        // 将链表头指向第二个节点的地址
        *head = p->next;
        return;
    }

    // 判断当前节点的下一个节点是否为NULL
    while ( p->next != NULL )
    {
        // 判断当前节点的下一个节点的data，是否等于目标节点
        if( p->next->data == appointNode )
        {
            // 当前节点的下一个，指向当前节点的下一个节点的下一个节点
            p->next = p->next->next;
            return;
        }
        p = p->next; // 将当前节点，移动到下一个节点
    }
}

int main()
{
    // 创建节点
    struct Test t1 = {1, NULL}; // t1.data赋值为1，t1.next赋值为NULL
    struct Test t2 = {2, NULL};
    struct Test t3 = {3, NULL};
    struct Test t4 = {4, NULL};
    struct Test t5 = {5, NULL};
    
    // 创建链表头
    struct Test *head = NULL;

    // 链接节点
    head = &t1; // 头节点head，存储结构体变量 t1 的地址
    t1.next = &t2; // t1.next存储t2的地址，使t1.next指向t2这个结构体变量
    t2.next = &t3;
    t3.next = &t4;
    t4.next = &t5;

    // 打印链表
    printf("输出删除之前的链表：\n");
    printfLink(head);
    delectNode(&head, 4);
    printf("输出删除之后的链表：\n");
    printfLink(head);

    return 0;
}

六、动态创建节点

头插法

如果链条为空，创建的第一个节点为链表头，然后++每一次创建的新节点插在之前的链表头之前，再让新节点做为新的链表头；++

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

struct Test 
{
	int data;
	struct Test *next;
};

// 头插法
struct Test* insertionHead(struct Test *head, struct Test *new)
{
	// 如果head（头节点）是NULL
	if( head == NULL )
	{
		// 让head指向new
		head = new;
	}
	else
	{
        // 如果head（头节点）不是NULL，那么新节点指向head，此时new为新的链表头
		new->next = head;
        // 让head指向new，让head重新成为链表头
		head = new;
	}

	return head; // 返回链表头的地址
}

// 动态创建链表节点
void createNode(struct Test **head)
{
	struct Test *new = NULL;

	while(1)
	{
		// 开辟内存空间
		new = (struct Test*)malloc( sizeof(struct Test) );
		// 判断是否开辟成功
		if( new == NULL )
		{
			printf("malloc error\n");
			exit(-1);
		}
		// 将new的下一个节点指向NULL
		new->next = NULL;

		printf("为新节点的数据域赋值，如果输入0,表示退出\n");
		scanf("%d", &(new->data));
		// 判断输入的是否为 0
		if( new->data == 0 )
		{
			printf("输入0,quit\n");
			free(new); // 释放指针
            new = NULL; // 避免悬空指针
			return; 
		}

        // 重新获取链表头的地址
		*head = insertionHead(*head,new);
	}
}

// 打印链表
void printfLink(struct Test *head)
{
	struct Test *p = head;

	while( p != NULL )
	{
		printf("%d ", p->data);
		p = p->next;
	}
	putchar('\n');
}

int main()
{
	struct Test *head = NULL;
	
	createNode(&head);
	printfLink(head);

	return 0;
}

尾插法

如果链表为空，创建的第一个节点做为链表头，然后++每一次创建的新节点插在链表最后一个节点的指针域(next)中；++

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

// 定义链表节点结构体
struct Test
{
    int data;           // 数据域
    struct Test *next;  // 指针域，指向下一个节点
};

// 在链表尾部插入新节点
struct Test* insertTail(struct Test *head, struct Test *new)
{
    struct Test *p = head;

    if (head == NULL)  // 如果链表为空，新节点即为头节点
    {
        head = new;
    }
    else
    {
        // 遍历链表，找到最后一个节点
        while (p->next != NULL)
        {
            p = p->next;
        }
        // 将新节点插入到链表尾部
        p->next = new;
    }

    return head;  // 返回链表头节点
}

// 创建链表节点
void createNode(struct Test **head)
{
    struct Test *new = NULL;

    while (1)
    {
        // 开辟内存空间，创建一个新节点
        new = (struct Test*)malloc(sizeof(struct Test));
        if (new == NULL)  // 检查内存分配是否成功
        {
            printf("malloc error\n");
            exit(-1);  // 内存分配失败，退出程序
        }

        new->next = NULL;  // 初始化新节点的指针域为NULL

        // 为新节点的数据域赋值
        printf("为新节点的数据域赋值，输入0,退出\n");
        scanf("%d", &(new->data));
        if (new->data == 0)  // 如果输入0，则退出循环
        {
            free(new);  // 释放内存
            new = NULL;  // 避免指针悬空
            return;
        }

        // 将新节点插入链表尾部
        *head = insertTail(*head, new);
    }
}

// 打印链表
void printfLink(struct Test *head)
{
    while (head != NULL)
    {
        printf("%d ", head->data);  // 打印当前节点的数据
        head = head->next;  // 移动到下一个节点
    }
    putchar('\n');  // 打印换行符
}

int main()
{
    struct Test *head = NULL;  // 初始化链表头节点为NULL

    createNode(&head);  // 创建链表
    printfLink(head);   // 打印链表

    return 0;
}
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