数据结构——单向链表

单向链表(Singly Linked List)

1.核心概念

单向链表是线性表的一种链式存储结构,它解决了顺序存储(如数组)的某些缺点。

2.与顺序存储的对比

|-------|-------------|------------------|
| 对比维度 | 顺序存储(数组) | 链式存储(链表) |
| 存储方式 | 连续的存储单元 | 任意的存储单元(可连续可不连续) |
| 内存占用 | 只需存储数据元素 | 数据元素 + 后继地址指针 |
| 插入/删除 | O(n),需要移动元素 | O(1),只需修改指针 |
| 动态扩展 | 困难,需重新分配 | 容易,动态申请节点 |
| 随机访问 | O(1),直接索引 | O(n),需要遍历 |
| 空间效率 | 无额外指针开销 | 有指针域的开销 |

3.链表节点结构

/**

* 节点(Node) = 数据域(Data Field) + 指针域(Pointer Field)

*

* 数据域:存储元素本身的信息

* 指针域:存储直接后继位置的地址

*

* 两者共同组成数据元素的存储映像

*/

typedef struct node {

DATATYPE data; // 数据域

struct node *next; // 指针域(指向下一个节点)

} LinkNode;

4.链表管理结构

/**

* 链表整体管理结构

* head: 指向第一个节点的指针(头指针)

* clen: 当前链表中有效节点的数量

*/

typedef struct list {

LinkNode *head; // 头指针

int clen; // 当前长度

} LinkList;

5.链表物理与逻辑关系

物理存储(内存中的实际情况)

  • 内存地址: 0x1000 0x2000 0x3000

  • 节点: 张三\|0x2000 → 李四\|0x3000 → 王五\|NULL

逻辑结构(我们理解的关系)

张三 → 李四 → 王五

6.基本操作分析

  • 时间复杂度:O(1)

  • 操作:新节点成为链表的第一个节点

  • 特点:插入速度快,但顺序与插入顺序相反

  • 时间复杂度:O(n)

  • 操作:新节点成为链表的最后一个节点

  • 特点:需要遍历到链表尾部,但保持了插入顺序

查找操作

// 按姓名查找(固定条件)

DATATYPE *FindLinkList(LinkList *list, char *name);

// 通用条件查找(解耦合设计)

typedef int (*PFUN)(DATATYPE*, void* arg);

DATATYPE *FindLinkList2(LinkList *list, PFUN fun, void* arg);

设计思想:FindLinkList2 通过函数指针参数,允许调用者自定义查找条件,提高了函数的通用性和灵活性。

删除操作

int DeleteLinkList(LinkList *list, char *name);

关键技巧:需要维护 prev 指针停留在待删除节点的前一个节点,以便正确连接前后节点。

销毁操作

int DestroyLinkList(LinkList *list);

正确顺序:先逐个释放所有数据节点,再释放链表管理结构。

7.链表的核心优势

动态内存管理

// 需要时创建节点

LinkNode *new_node = (LinkNode*)malloc(sizeof(LinkNode));

//不再需要时释放

free(node);

高效的插入删除

  • 插入:修改 1-2 个指针

  • 删除:修改 1 个指针 + 释放内存

无需移动大量数据

理论上的无限扩展

只要内存足够,链表可以无限增长

不受预先分配大小的限制

8.使用注意事项

边界条件处理

  • 空链表操作

  • 头节点操作

  • 尾节点操作

内存管理

  • 及时释放不再使用的节点

  • 避免内存泄漏

  • 防止野指针

遍历安全

  • 检查 next 是否为 NULL

  • 避免无限循环

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