嵌入式第二十五篇——数据结构单向链表

一、基本概念

单向链表是一种线性数据结构，由一系列节点组成，每个节点包含两部分：数据域（存储数据）和指针域（指向下一个节点的地址）。链表的最后一个节点指向NULL，表示链表结束。与数组不同，链表的内存分配是动态的，插入和删除操作更高效，但随机访问效率较低。

二、特点

（1）动态大小：无需预先分配固定内存，可根据需求动态扩展或收缩。

（2）插入/删除高效：时间复杂度为O(1)（已知位置时），而数组需要移动元素。

（3）内存非连续：节点通过指针链接，物理存储上不要求连续内存空间。

（4）不支持随机访问：必须从头节点开始遍历，访问第n个节点的时间复杂度为O(n)。

三、单向链表的常见操作

1、定义节点结构

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typedef struct Node {
    int data;           // 数据域
    struct Node *next;  // 指针域
} Node;

2、创建链表

初始化一个头节点（或空链表）：

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Node* createList() {
    return NULL; // 返回空链表
}

3、插入节点

（1）头部插入：新节点成为头节点。

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Node* insertAtHead(Node *head, int value) {
    Node *newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
    newNode->data = value;
    newNode->next = head;
    return newNode; // 返回新头节点
}

（2）尾部插入：遍历到链表末尾再插入。

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Node* insertAtTail(Node *head, int value) {
    Node *newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
    newNode->data = value;
    newNode->next = NULL;

    if (head == NULL) return newNode;

    Node *current = head;
    while (current->next != NULL) {
        current = current->next;
    }
    current->next = newNode;
    return head;
}

4、删除节点

删除指定值的节点：

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Node* deleteNode(Node *head, int value) {
    if (head == NULL) return NULL;

    if (head->data == value) {
        Node *temp = head->next;
        free(head);
        return temp;
    }

    Node *current = head;
    while (current->next != NULL && current->next->data != value) {
        current = current->next;
    }
    if (current->next != NULL) {
        Node *temp = current->next;
        current->next = temp->next;
        free(temp);
    }
    return head;
}

5、遍历链表

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void traverseList(Node *head) {
    Node *current = head;
    while (current != NULL) {
        printf("%d -> ", current->data);
        current = current->next;
    }
    printf("NULL\n");
}

四、单向链表的优缺点

优点：
- 插入/删除操作高效。
- 内存利用率高，无需预分配空间。
缺点：
- 访问元素需遍历，效率低。
- 指针占用额外内存空间。