【数据结构】线性表--链表

旺仔老馒头.2025-05-05 9:53

【数据结构】线性表--链表

一.前情回顾

上篇文章讲述了动态顺序表及其实现，我们知道了动态顺序表在物理结构上是连续的，因此我们也认识到它的缺点：

①如果空间不足需进行增容，付出一定的性能消耗，并且可能存在一定的空间浪费。

②在进行某些插入或删除操作时，需要大量移动数据。这是因为相邻数据元素在物理存储结构上也是连续存储的，中间没有空隙。

因此本篇文章将讲述线性表的另一种表示方法：链表。

二.链表的概念

链表，即线性表的链式实现，指用一组任意连续或者不连续的存储单元存储数据，通过指针像链条一样链结各个元素的一种存储结构。

如图所示：

因此，对于每个数据元素，除了要存储自身信息，也要存储后继（下一个）数据元素的信息。这两部分合起来被称为结点。

每个结点包含两个域，一个是数据域：存储数据元素的信息；另一个是指针域：存储后继元素的位置信息。n个结点链结成一个链表。如图所示：

对于线性表，总要有头有尾，我们把链表中第一个结点的存储位置叫做头指针，最后一个结点置为NULL。由于每个结点的指针域只包含一个指向后继位置的指针，因此该链表又称单链表（单向链表）。

三.链表的实现

1.链表结点的结构：

在C语言中用结构体指针来存储后继结点的信息。

cpp 复制代码 
typedef int SLDataType;

//结点的结构体
typedef struct SListNode
{
	SLDataType data;//数据域
	struct SListNode* next;//指向下一个结点的指针域，所以指针类型应该为struct SListNode*
}SLTNode;//起别名，将struct SListNode简写成SLTNode

2.申请新结点函数：

因为在插入操作中需要频繁申请结点，因此可以将申请结点的操作封装成一个函数。

cpp 复制代码 
//申请新结点
SLTNode* BuySListNode(SLDataType x)
{
	
	SLTNode* NewNode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	NewNode->data = x;
	NewNode->next = NULL;
	return NewNode;
}

3.尾插函数：

需要特别注意的是，凡是涉及修改链表，必须传二级指针，因为链表本身是用每个结点的指针链结而成的，作为参数传递时是一级指针，再将每个结点的地址作为实参传递，这是二级指针。

cpp 复制代码 
//尾插函数
//需要传二级指针，否则形参的改变不影响实参
void SListPushBack(SLTNode** pphead, SLDataType x)
{
	assert(pphead);//不能传空地址，否则解引用找链表头结点会报错
	//创建新结点
	SLTNode* NewNode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	NewNode->data = x;
	NewNode->next = NULL;

	//链表为空，直接插入
	if (*pphead == NULL)
	{
		*pphead = NewNode;
	}
	else
	{
		//需要找到最后一个结点才能尾插，因此先用一个cur结点标记当前所在位置
		SLTNode* cur = *pphead;
		while (cur->next != NULL)//循环结束走到最后一个结点
		{
			cur = cur->next;//让cur遍历到最后一个结点
		}

		if (NewNode == NULL)
		{
			perror("malloc fail!");
			exit(1);
		}
		cur->next = NewNode;
	}
}

4.头插函数：

cpp 复制代码 
//头插函数
void SListPushFront(SLTNode** pphead, SLDataType x)
{
    assert(pphead);
	//创建新结点
	SLTNode* NewNode = BuySListNode(x);

	NewNode->next = *pphead;
	*pphead = NewNode;
}

5.尾删函数：

cpp 复制代码 
//尾删函数
void SListPopBack(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	//如果只有一个结点
	if ((*pphead)->next == NULL)
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
	else
	{
		SLTNode* cur = *pphead;
		while (cur->next->next != NULL)//需要找到倒数第二个结点才能删除最后一个结点
		{
			cur = cur->next;
		}
		SLTNode* tmp = cur->next;
		free(tmp);
		tmp = NULL;
		cur->next = NULL;
	}
}

6.头删函数：

cpp 复制代码 
//头删函数
void SListPopFront(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead&&*pphead);//链表为空时不能删除
	SLTNode* next = (*pphead)->next;
	free(*pphead);
	*pphead = next;

}

7.在指定结点之前插入：

cpp 复制代码 
//在指定结点之前插入函数
void SListInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLDataType x)
{
	assert(pphead && *pphead);
	assert(pos);
	//需要找到指定结点的前一个结点
	SLTNode* prev = *pphead;
	//可能第一个结点就是指定结点，此时相当于头插
	if (prev == pos)
	{
		//直接调用头插函数
		SListPushFront(pphead, x);
	}
	else
	{
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}

		SLTNode* NewNode = BuySListNode(x);
		NewNode->next = prev->next;
		prev->next = NewNode;
	}
}

8.在指定结点之后插入：

cpp 复制代码 
//在指定结点之后插入函数
void SListInsertAfter(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLDataType x)
{
	assert(pphead && *pphead);
	assert(pos);
	SLTNode* NewNode = BuySListNode(x);
	NewNode->next = pos->next;
	pos->next = NewNode;
}

8.删除指定结点：

cpp 复制代码 
//删除指定结点
void SListErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
	SLTNode* prev = *pphead;
	//如果第一个结点就是要删除的结点
	if (prev == pos)
	{
		//直接调用头删
		SListPopFront(pphead);
	}
	else
	{
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}
		SLTNode* tmp = prev->next;//tmp即要删除的结点
		prev->next = tmp->next;
		free(tmp);
		tmp = NULL;
	}
}

9.查找函数：

cpp 复制代码 
//查找
SLTNode* SListFind(SLTNode* phead, SLDataType x)
{
	SLTNode* cur = phead;
	while (cur != NULL)
	{
		if (cur->data == x)
			return cur;
		cur = cur->next;
	}
	//没找到或链表为空时，返回空指针
	return NULL;
}

10.销毁链表：

cpp 复制代码 
//销毁链表函数
void SListDestory(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	while (*pphead != NULL)
	{
		SLTNode* tmp = *pphead;
		*pphead = (*pphead)->next;
		free(tmp);
		tmp = NULL;
	}
}

四.全部源代码实现

1.头文件（声明动态顺序表的结构，操作等，起到目录作用）：

SList.h

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

typedef int SLDataType;

//结点的结构体
typedef struct SListNode
{
	SLDataType data;//数据域
	struct SListNode* next;//指向下一个结点的指针域，所以指针类型应该为struct SListNode*
}SLTNode;//起别名，将struct SListNode简写成SLTNode

//打印函数（方便调试）
void SListPrint(SLTNode* phead);

//申请新结点
SLTNode* BuySListNode(SLDataType x);

//尾插函数
void SListPushBack(SLTNode** pphead, SLDataType x);//需要传二级指针，否则形参的改变不影响实参

//头插函数
void SListPushFront(SLTNode** pphead, SLDataType x);

//尾删函数
void SListPopBack(SLTNode** pphead);

//头删函数
void SListPopFront(SLTNode** pphead);

//在指定位置之前插入函数
void SListInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLDataType x);

//在指定位置之后插入函数
void SListInsertAfter(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLDataType x);

//删除指定结点
void SListErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos);

//查找
SLTNode* SListFind(SLTNode* phead, SLDataType x);

//销毁链表函数
void SListDestory(SLTNode** pphead);

2.源文件（具体实现各种操作）：

SList.c

cpp 复制代码 
#include"SList.h"

//打印函数（方便调试）
void SListPrint(SLTNode* phead)
{
	assert(phead);
	SLTNode* cur = phead;
	while (cur != NULL)//循环结束走到空结点
	{
		printf(" %d ->", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("NULL\n");
}

//申请新结点
SLTNode* BuySListNode(SLDataType x)
{
	SLTNode* NewNode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	NewNode->data = x;
	NewNode->next = NULL;
	return NewNode;
}

//尾插函数
//需要传二级指针，否则形参的改变不影响实参
void SListPushBack(SLTNode** pphead, SLDataType x)
{
	assert(pphead);//不能传空地址，否则解引用找链表头结点会报错
	//创建新结点
	SLTNode* NewNode = BuySListNode(x);

	//链表为空，直接插入
	if (*pphead == NULL)
	{
		*pphead = NewNode;
	}
	else
	{
		//需要找到最后一个结点才能尾插，因此先用一个cur结点标记当前所在位置
		SLTNode* cur = *pphead;
		while (cur->next != NULL)//循环结束走到最后一个结点
		{
			cur = cur->next;//让cur遍历到最后一个结点
		}

		if (NewNode == NULL)
		{
			perror("malloc fail!");
			exit(1);
		}
		cur->next = NewNode;
	}
}

//头插函数
void SListPushFront(SLTNode** pphead, SLDataType x)
{
	assert(pphead);
	//创建新结点
	SLTNode* NewNode = BuySListNode(x);

	NewNode->next = *pphead;
	*pphead = NewNode;
}

//尾删函数
void SListPopBack(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	//如果只有一个结点
	if ((*pphead)->next == NULL)
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
	else
	{
		SLTNode* cur = *pphead;
		while (cur->next->next != NULL)//需要找到倒数第二个结点才能删除最后一个结点
		{
			cur = cur->next;
		}
		SLTNode* tmp = cur->next;
		free(tmp);
		tmp = NULL;
		cur->next = NULL;
	}
}

//头删函数
void SListPopFront(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead&&*pphead);//链表为空时不能删除
	SLTNode* next = (*pphead)->next;
	free(*pphead);
	*pphead = next;
}

//在指定结点之前插入函数
void SListInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLDataType x)
{
	assert(pphead && *pphead);
	assert(pos);
	//需要找到指定结点的前一个结点
	SLTNode* prev = *pphead;
	//可能第一个结点就是指定结点，此时相当于头插
	if (prev == pos)
	{
		//直接调用头插函数
		SListPushFront(pphead, x);
	}
	else
	{
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}

		SLTNode* NewNode = BuySListNode(x);
		NewNode->next = prev->next;
		prev->next = NewNode;
	}
}

//在指定结点之后插入函数
void SListInsertAfter(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLDataType x)
{
	assert(pphead && *pphead);
	assert(pos);
	SLTNode* NewNode = BuySListNode(x);
	NewNode->next = pos->next;
	pos->next = NewNode;
}

//删除指定结点
void SListErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
	SLTNode* prev = *pphead;
	//如果第一个结点就是要删除的结点
	if (prev == pos)
	{
		//直接调用头删
		SListPopFront(pphead);
	}
	else
	{
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}
		SLTNode* tmp = prev->next;//tmp即要删除的结点
		prev->next = tmp->next;
		free(tmp);
		tmp = NULL;
	}
}

//查找
SLTNode* SListFind(SLTNode* phead, SLDataType x)
{
	SLTNode* cur = phead;
	while (cur != NULL)
	{
		if (cur->data == x)
			return cur;
		cur = cur->next;
	}
	//没找到或链表为空时，返回空指针
	return NULL;
}

//销毁链表函数
void SListDestory(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead && *pphead);
	while (*pphead != NULL)
	{
		SLTNode* tmp = *pphead;
		*pphead = (*pphead)->next;
		free(tmp);
		tmp = NULL;
	}
}

3.测试文件（测试各个函数的功能）

test.c

cpp 复制代码 
#include"SList.h"

//测试尾插函数
void test01()
{
	SLTNode* phead = NULL;
	SListPushBack(&phead, 1);
	SListPushBack(&phead, 2);
	SListPushBack(&phead, 3);
	SListPushBack(&phead, 4);
	SListPrint(phead);
}

//测试头插函数
void test02()
{
	SLTNode* phead = NULL;
	SListPushFront(&phead, 1);
	SListPushFront(&phead, 2);
	SListPushFront(&phead, 3);
	SListPushFront(&phead, 4);
	SListPrint(phead);
}

//测试尾删函数
void test03()
{
	SLTNode* phead = NULL;
	SListPushBack(&phead, 1);
	SListPushBack(&phead, 2);
	SListPushBack(&phead, 3);
	SListPushBack(&phead, 4);
	SListPrint(phead);

	SListPopBack(&phead);
	SListPrint(phead);
	SListPopBack(&phead);
	SListPrint(phead);
	SListPopBack(&phead);
	SListPrint(phead);
}

//测试头删函数
void test04()
{
	SLTNode* phead = NULL;
	SListPushFront(&phead, 1);
	SListPushFront(&phead, 2);
	SListPushFront(&phead, 3);
	SListPushFront(&phead, 4);
	SListPrint(phead);

	SListPopFront(&phead);
	SListPrint(phead);
	SListPopFront(&phead);
	SListPrint(phead);
	SListPopFront(&phead);
	SListPrint(phead);
	SListPopFront(&phead);
	SListPrint(phead);
	SListPopFront(&phead);
	SListPrint(phead);
}

//测试查找函数
void test05()
{
	SLTNode* phead = NULL;
	SListPushFront(&phead, 1);
	SListPushFront(&phead, 2);
	SListPushFront(&phead, 3);
	SListPushFront(&phead, 4);
	SListPrint(phead);

	SLTNode* ret1 = SListFind(phead, 2);
	if (ret1 != NULL)
		printf("找到了\n");
	else
		printf("未找到\n");

	SLTNode* ret2 = SListFind(phead, 57);
	if (ret2 != NULL)
		printf("找到了\n");
	else
		printf("未找到\n");
}

//测试在指定结点之前插入
void test06()
{
	SLTNode* phead = NULL;
	SListPushBack(&phead, 1);
	SListPushBack(&phead, 2);
	SListPushBack(&phead, 3);
	SListPushBack(&phead, 4);
	SListPrint(phead);

	//在第三个结点前插入57
	//先查找到第三个结点
	SLTNode* pos1 = SListFind(phead, 3);
	SListInsert(&phead, pos1, 57);
	SListPrint(phead);

	//在第一个结点前插入79
    //先查找到第一个结点
	SLTNode* pos2 = SListFind(phead, 1);
	SListInsert(&phead, pos2, 79);
	SListPrint(phead);

	//在最后一个结点前插入36
	//先查找到最后一个结点
	SLTNode* pos3 = SListFind(phead, 4);
	SListInsert(&phead, pos3, 36);
	SListPrint(phead);
}

//测试在指定结点之后插入
void test07()
{
	SLTNode* phead = NULL;
	SListPushBack(&phead, 1);
	SListPushBack(&phead, 2);
	SListPushBack(&phead, 3);
	SListPushBack(&phead, 4);
	SListPrint(phead);

	//在第三个结点后插入57
    //先查找到第三个结点
	SLTNode* pos1 = SListFind(phead, 3);
	SListInsertAfter(&phead, pos1, 57);
	SListPrint(phead);

	//在第一个结点后插入79
	//先查找到第一个结点
	SLTNode* pos2 = SListFind(phead, 1);
	SListInsertAfter(&phead, pos2, 79);
	SListPrint(phead);

	//在最后一个结点后插入36
	//先查找到最后一个结点
	SLTNode* pos3 = SListFind(phead, 4);
	SListInsertAfter(&phead, pos3, 36);
	SListPrint(phead);
}

//测试删除结点函数
void test08()
{
	SLTNode* phead = NULL;
	SListPushBack(&phead, 1);
	SListPushBack(&phead, 2);
	SListPushBack(&phead, 3);
	SListPushBack(&phead, 4);
	SListPrint(phead);

	//删除第一个结点
	SLTNode* pos1 = SListFind(phead, 1);
	SListErase(&phead, pos1);
	SListPrint(phead);

	//删除第三个结点
	SLTNode* pos2 = SListFind(phead, 3);
	SListErase(&phead, pos2);
	SListPrint(phead);

	//删除最后一个结点
	SLTNode* pos3 = SListFind(phead, 4);
	SListErase(&phead, pos3);
	SListPrint(phead);
}

//测试销毁函数
void test09()
{
	SLTNode* phead = NULL;
	SListPushBack(&phead, 1);
	SListPushBack(&phead, 2);
	SListPushBack(&phead, 3);
	SListPushBack(&phead, 4);
	SListPrint(phead);

	SListDestory(&phead);
	SListPrint(phead);
}
int main()
{
	//test01();
	//test02();
	//test03();
	//test04();
	//test05();
	//test06();
	//test07();
	//test08();
	test09();
	return 0;
}

五.单链表和顺序表的对比

1.存储分配方式

顺序表采用一段连续的存储单元存储数据元素。

单链表采用一组任意的存储单元存储元素。

2.时间性能

查找：

顺序表按值查找O(n)，按索引查找O(1)。

单链表O(n)。

插入和删除：

顺序表O(n)。

单链表O(1)。

3.空间性能

顺序表需要预分配空间，小了需再次分配，大了造成空间浪费。

单链表需要时申请结点空间。

4.总结

若线性表需要频繁查找，宜采用顺序存储结构。若频繁插入和删除，宜采用链式存储结构。比如说游戏开发中，对于用户注册的个人信息，除了注册时插入数据外，绝大多数情况都是读取，所以应该考虑用顺序存储结构 。而游戏中的玩 家的武器或者装备列表，随着玩家的游戏过程中，可能会随时增加或删除，此时再用顺序存储就不大合适了，链表结构就可以大展拳脚。当然，这只是简单的类比，现实中的软件开发，要考虑的问题会复杂得多。

总之，线性表的顺序存储和链式存储各有优缺点，不能简单说哪个好，哪个不好，需根据实际情况做出选择。

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