数据结构：线性表之单链表

我们知道，在使用顺序表的时候，查找某一元素的时间复杂度是O(1)，但在插入和删除元素时的时间复杂度为O(n)，而且空间放满了就需要进行扩容。为了提高增删查改的效率，我们引入了一种新的存储结构 ------ 链表来存储线性表。

链表

链表的数据在内存中的存储是不连续的，每个元素之间靠指针建立起连接。也就是说，链表的连续不是靠存储结构体现的，而是靠元素之间的逻辑关系来体现的。

怎么体现的呢？我们先来看一个图：

这里的plist是指向第一个元素的头指针，每个元素里不仅存放数据，还存放了指向下一个元素的指针，这就是链表的逻辑结构。这里的每一个元素称为一个结点。每个结点独立地开辟一块内存空间。

而在存储结构中，我们可以很直观地发现链表中元素的存储不是连续的：

为了更深入的理解链表，这里我们先介绍一个最基础的链表：单链表。

单链表

单链表中每个结点包含两个部分：数据和指向后继元素的指针。指向第一个结点的指针叫做头指针，尾指针指向空。

单链表结点的定义方式如下：

c 复制代码

typedef int LDataType;//结点存放的数据类型的重命名

typedef struct ListNode
{
	LDataType data;//结点数据
	struct ListNode* next;//指向下一个结点的指针
}LNode,*Linklist;//结构体的重命名，方便使用

单链表又分为两种，一种是不带哨兵位的头指针，另一种是带哨兵位的头指针。

不带哨兵位的头指针：头指针直接指向第一个结点。

带哨兵位的头指针：头指针指向哨兵结点，该结点不存放数据，哨兵结点指向的下一个结点才是第一个结点。

这里我们选择实现带哨兵位的头指针的单链表的接口函数，包括初始化、查找、插入、删除等函数。

我们添加一个头文件命名为List.h，用来声明结构体、函数和包含各种库函数的头文件，一个源文件List.c，用来实现单链表的各种接口函数，一个源文件test.c，方便简单测试。

接口函数的定义

c 复制代码

#pragma once

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>

typedef int LDataType;//结点存放的数据类型的重命名

typedef struct ListNode
{
	LDataType data;//结点数据
	struct ListNode* next;//指向下一个结点的指针
}LNode,*Linklist;//结构体的重命名，方便使用

//申请一个结点
LNode* BuyNewNode(LDataType x);

//初始化单链表
LNode* ListInit();

//在单链表中查找元素x，找到则返回该结点的位置i，反之返回-1
LNode* ListLocateElem(LNode* L, LDataType x);

//查找单链表中第i个位置的数据
LDataType ListGetElem(LNode* L, int i);

//打印单链表
void ListPrint(LNode* L);

//单链表的长度
int ListSize(LNode* L);

//在单链表第i个位置插入元素x
void ListInsert(LNode* L, int i, LDataType x);

//删除单链表第i个位置的元素
void ListDelete(LNode* L, int i);

//销毁单链表
void ListDestroy(LNode* L);

//头插和尾插
void ListInsertFront(LNode* L, LDataType x);
void ListInsertBack(LNode* L, LDataType x);

//头删和尾删
void ListDeleteFront(LNode* L);
void ListDeleteBack(LNode* L);