数据结构初阶知识--单链表

目录

  1. 链表的概念及结构
  2. 实现单链表
  3. 链表的分类

正文开始

1. 链表的概念及结构

概念:链表是一种物理存储结构上非连续、非顺序的存储结构,数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接次序实现的。

链表的结构跟火车车厢相似,淡季时车次的车厢会相应减少,旺季时车次的车厢会额外增加几节。只需要将火车里的某节车厢去掉/加上,不会影响其他车厢,每节车厢都是独立存在的。

车厢是独立存在的,且每节车厢都有车门。想象一下这样的场景:假设每节车厢的车门都是锁上的状态,需要不同的钥匙才能解锁,每次只能携带一把钥匙的情况下如何从车头走到车尾?

最简单的做法:每节车厢里都放一把下一节车厢的钥匙。

在链表里,每节"车厢"是什么样的呢?

与顺序表不同的是,链表里的每节"车厢"都是独立申请下来的空间,我们称之为"结点/节点"。

节点的组成主要有两个部分:当前节点要保存的数据和保存下一个节点的地址(指针变量)。

图中指针变量 plist 保存的是第一个节点的地址,我们称 plist 此时"指向"第一个节点;如果我们希望 plist"指向"第二个节点时,只需要修改 plist 保存的内容为 0x0012FFA0 即可。

为什么需要指针变量保存下一个节点的位置?

链表中每个节点都是独立申请的(即需要插入数据时才去申请一块节点的空间),我们需要通过指针变量来保存下一个节点位置,才能从当前节点找到下一个节点。

结合结构体知识,可给出每个节点对应的结构体代码(假设当前保存的节点为整型):

c 复制代码
struct SListNode
{
    int data; // 节点数据
    struct SListNode* next; // 指针变量用于保存下一个节点的地址
};

当我们想要保存一个整型数据时,实际是向操作系统申请了一块内存,这块内存不仅要保存整型数据,也需要保存下一个节点的地址(当下一个节点为空时,保存的地址为空)。

当我们想要从第一个节点走到最后一个节点时,只需要在前一个节点拿上下一个节点的地址(下一个节点的"钥匙")即可。

思考问题

给定的链表结构中,如何实现节点从头到尾的打印?

当我们想保存的数据类型为字符型、浮点型或者其他自定义类型时,该如何修改?

补充说明
  1. 链式结构在逻辑上是连续的,在物理结构上不一定连续。
  2. 节点一般是从堆上申请的。
  3. 从堆上申请来的空间,是按照一定策略分配的,每次申请的空间可能连续,也可能不连续。

2. 单链表的实现

c 复制代码
typedef int SLTDataType;
typedef struct SListNode
{
    SLTDataType data; // 节点数据
    struct SListNode* next; // 指针保存下一个节点的地址
}SLTNode;

// 链表打印
void SLTPrint(SLTNode* phead);

// 头部插入/删除、尾部插入/删除
void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x); // 尾部插入
void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x); // 头部插入
void SLTPopBack(SLTNode** pphead); // 尾部删除
void SLTPopFront(SLTNode** pphead); // 头部删除

// 查找节点
SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x);

// 指定位置插入/删除
void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x); // 指定位置之前插入
void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos); // 删除指定pos节点

// 指定位置之后的插入/删除
void SLTInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x); // 指定位置之后插入
void SLTEraseAfter(SLTNode* pos); // 删除指定pos之后的节点

// 销毁链表
void SListDesTroy(SLTNode** pphead);

扩展应用:基于"数据结构-单链表"可实现通讯录项目。

3. 链表的分类

链表的结构非常多样,以下情况组合起来共可形成 8 种(2×2×2)链表结构:

实际常用的两种链表结构
  1. 无头单向非循环链表

    • 结构简单,一般不会单独用来存储数据。
    • 实际中更多作为其他数据结构的子结构,如哈希桶、图的邻接表等。
    • 该结构在笔试、面试中出现频率较高。
  2. 带头双向循环链表

    • 结构最复杂,一般用于单独存储数据。
    • 实际开发中使用的链表数据结构,大多是带头双向循环链表。
    • 虽结构复杂,但代码实现后会发现其优势明显,实际实现难度反而更低(后续代码实现后可直观体会)。
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