数据结构初阶：单链表

序言：

本篇博客主要介绍单链表的基本概念，包括如何定义和初始化单链表，以及如何进行数据的插入，删除和销毁等操作。

1.单链表

1.1 概念与结构

概念：链表是一种非顺序的存储结构，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。物理存储结构上非连续，

举例来说，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。

类比于链表，每节“车厢”是什么样的呢？

1.1.1 结点

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”。

结点的组成主要是有两个部分：当前结点要保存的数据和保存下一个结点的地址（指针变量）。

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

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

1.1.2 链表的性质

1、链式机构在逻辑上是连续的，在物理结构上不⼀定连续

2、结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出来的，每次申请的空间可能连续，可能不连续

结合学到的结构体知识，我们可以给出每个结点对应的结构体代码：

假设当前保存的结点为整型：

struct SListNode
{int data; //结点数据struct SListNode* next; //指针变量⽤保存下⼀个结点的地址
}；

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，这个内存不仅要保存整型数据，也要保存下一个结点的地址（当下一个结点为空时保存的地址为空）。

当我们想要从第一个结点走到最后一个结点时，只需要在当前结点拿上下一个结点的地址就可以了。

1.1.3 链表的打印

给定的链表结构，如何实现结点从头到尾的打印？

1.2 实现单链表

1.2.1 头文件的包含

#pragma once
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<assert.h>//定义链表的结构
//定义节点的结构
typedef int SLTDataType;
typedef struct SListNode {SLTDataType data;struct SListNode* next;//指向下一个节点的指针
}SLTNode;
//typedef struct SListNode SLTNode;//phead:头（首）节点
void SLTPrint(SLTNode* phead);//尾插
void SLTPushBack(SLTNode** phead, SLTDataType x);//头插
void SLTPushFront(SLTNode** phead, SLTDataType x);//尾删
void SLTPopBack(SLTNode** pphead);//头删
void SLTPopFront(SLTNode** phead);//查找
SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x);
//在指定位置之前插入数据
void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x);
//在指定位置之后插入数据
void SLTInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x);
//删除pos结点
void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos);
//删除pos之后的结点
void SLTEraseAfter(SLTNode* pos);//销毁链表
void SListDestroy(SLTNode** pphead);

1.2.2 打印单链表

void SLTPrint(SLTNode* phead)
{SLTNode* pcur = phead;while (pcur != NULL){printf("%d -> ", pcur->data);pcur = pcur->next;}printf("NULL\n");
}

打印单链表逻辑：

这段 C 语言代码定义了一个名为`SLTPrint`的函数，用于打印一个链表的内容。

函数的参数是一个指向链表头节点的指针`phead`。在函数内部，定义了一个指针`pcur`并初始化为`phead`，然后通过一个循环遍历链表。在循环中，使用`printf`函数输出当前节点的数据，并将指针`pcur`指向下一个节点，直到`pcur`为`NULL`，表示链表遍历结束。最后，输出`NULL`表示链表结束的标志。

1.2.3 向操作系统申请一个新结点

//向操作系统申请一个新节点
SLTNode* SLTBuyNode(SLTDataType x)
{SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail!");exit(1);}newnode->data = x;newnode->next = NULL;return newnode;
}

逻辑概述：

这段 C 语言代码定义了一个名为 SLTBuyNode 的函数，用于向操作系统申请一个新的链表节点。

函数的参数是一个 SLTDataType 类型的变量 x，用于指定新节点的数据。在函数内部，使用 malloc 函数分配一个 SLTNode 类型大小的内存空间，并将其地址赋给指针 newnode。然后，通过判断 newnode 是否为 NULL 来检查内存分配是否成功。如果分配失败，使用 perror 函数输出错误信息，并使用 exit 函数终止程序运行。如果分配成功，将参数 x 赋值给新节点的 data 成员，并将新节点的 next 成员初始化为 NULL。最后，函数返回新节点的指针。

1.2.4 尾插

//尾插
void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);//链表为空，phead直接指向newnode节点if (*pphead == NULL){*pphead = newnode;}else {//链表不为空，找尾节点，将尾节点和新节点连接起来SLTNode* ptail = *pphead;while (ptail->next)//等价于ptail->next != NULL{ptail = ptail->next;}//ptail newnodeptail->next = newnode;}
}

逻辑概述：

这段 C 语言代码定义了一个名为 SLTPushBack 的函数，用于在链表的尾部插入一个新节点。

函数的参数是一个指向链表头节点指针的指针 pphead 和一个 SLTDataType 类型的变量 x。在函数内部，首先调用 SLTBuyNode 函数创建一个新节点 newnode ，并将 x 作为其数据。

然后，通过判断 *pphead 是否为 NULL 来确定链表是否为空。如果链表为空，将 *pphead 直接指向 newnode 。

如果链表不为空，则通过一个循环找到链表的尾节点 ptail 。在循环中，只要 ptail->next 不为 NULL ，就将 ptail 指向下一个节点。当循环结束时，ptail 就指向了尾节点。最后，将 ptail 的 next 指针指向新节点 newnode ，完成尾部插入操作。

1.2.5 头插

//头插
void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{assert(pphead);SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);//newnode *ppheadnewnode->next = *pphead;*pphead = newnode;
}

逻辑概述：

这段 C 语言代码定义了一个名为SLTPushFront的函数，用于在链表的头部插入一个新节点。

函数的参数是一个指向链表头节点指针的指针pphead和一个SLTDataType类型的变量x。在函数内部，首先使用assert函数检查pphead是否有效。然后，调用SLTBuyNode函数创建一个新节点newnode，并将x作为其数据。

接下来，将新节点的next指针指向当前的头节点（即*pphead），然后将*pphead更新为新节点newnode，从而实现了在链表头部插入新节点的操作。

1.2.6 尾删

//尾删
void SLTPopBack(SLTNode** pphead)
{assert(pphead && *pphead);//只有一个结点的时候if ((*pphead)->next == NULL){free(*pphead);*pphead = NULL;}else{SLTNode* prev = NULL;SLTNode* ptail = &pphead;while (ptail->next){prev = ptail;ptail = ptail->next;}//prev tailprev->next = NULL;free(ptail);ptail = NULL;}
}

逻辑概述：

这段 C 语言代码定义了一个名为 SLTPopBack 的函数，用于删除链表的尾节点。

函数的参数是一个指向链表头节点指针的指针 pphead 。在函数内部，首先使用 assert 函数检查 pphead 是否有效以及链表是否不为空。

如果链表只有一个节点，那么直接释放该节点的内存，并将 *pphead 置为 NULL 。

如果链表有多个节点，那么通过一个循环找到尾节点 ptail 和其前一个节点 prev 。在循环中，只要 ptail->next 不为 NULL ，就将 prev 更新为 ptail ，并将 ptail 指向下一个节点。当循环结束时， ptail 就指向了尾节点， prev 指向尾节点的前一个节点。然后，将 prev->next 置为 NULL ，断开与尾节点的连接，释放尾节点的内存，并将 ptail 置为 NULL 。

1.2.7 头删

//头删
void SLTPopFront(SLTNode** pphead)
{assert(pphead && *pphead);SLTNode* next = (*pphead)->next;free(*pphead);*pphead = next;
}

逻辑概述：

这段 C 语言代码定义了一个名为SLTPopFront的函数，用于删除链表的头节点。

函数的参数是一个指向链表头节点指针的指针pphead。在函数内部，首先使用assert函数检查pphead是否有效以及链表是否不为空。

然后，通过(*pphead)->next获取头节点的下一个节点，并将其赋给next指针。接着，释放头节点的内存空间，最后将*pphead指向next，完成头节点的删除操作。

1.2.8 查找

//查找
SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{SLTNode* pcur = phead;while (pcur){if (pcur->data == x){return pcur;}pcur = pcur->next;}//未找到return NULL;
}

逻辑概述：

这段 C 语言代码定义了一个名为 SLTFind 的函数，用于在链表中查找指定值的节点。

函数的参数是一个指向链表头节点的指针 phead 和一个 SLTDataType 类型的变量 x ，表示要查找的值。在函数内部，定义一个指针 pcur 并初始化为 phead ，然后通过一个循环遍历链表。在循环中，检查当前节点的 data 值是否等于要查找的值 x 。如果相等，就返回当前节点的指针；如果不相等，就将 pcur 指向下一个节点，继续循环。如果循环结束后都没有找到匹配的节点，就返回 NULL ，表示未找到。

1.2.9 在指定位置之前插入数据

//在指定位置之前插入数据
void SLInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{assert(pphead && pos);//pos就是头结点if(pos == *pphead){//头插SLTPushFront(pphead, x);}else {SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);//pos在头结点之后--->找pos前驱节点SLTNode* prev = *pphead;while (prev->next != pos){prev = prev->next;}//prev newnode posnewnode->next = pos;prev->next = newnode;}
}

逻辑概述：

这段 C 语言代码定义了一个名为SLInsert的函数，用于在链表的指定位置之前插入一个新节点。

函数的参数是一个指向链表头节点指针的指针pphead、一个指向要插入位置的节点指针pos以及一个SLTDataType类型的变量x，表示要插入的数据。

在函数内部，首先使用assert函数检查pphead和pos是否有效。

如果pos就是头节点，那么就调用SLTPushFront函数进行头插操作。

如果pos在头节点之后，那么就调用SLTBuyNode函数创建一个新节点newnode，并通过一个循环找到pos的前驱节点prev。在循环中，只要prev->next不等于pos，就将prev指向下一个节点。当循环结束时，prev就指向了pos的前驱节点。然后，将新节点的next指针指向pos，将prev的next指针指向新节点，完成在指定位置之前插入新节点的操作。

1.2.10 在指定位置之后插入数据

//在指定位置之后插入数据
void SLTInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x)
{assert(pos);SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);//pos newnode pos->nextnewnode->next = pos->next;pos->next = newnode;
}

逻辑概述：

这段 C 语言代码定义了一个名为 SLTInsertAfter 的函数，用于在链表的指定位置之后插入一个新节点。

函数的参数是一个指向指定位置的节点指针 pos 和一个 SLTDataType 类型的变量 x，表示要插入的数据。

在函数内部，首先使用 assert 函数检查 pos 是否有效。然后，调用 SLTBuyNode 函数创建一个新节点 newnode，并将 x 作为其数据。

接下来，将新节点的 next 指针指向 pos 的下一个节点，然后将 pos 的 next 指针指向新节点，完成在指定位置之后插入新节点的操作。

1.2.11 删除pos结点

//删除pos结点
void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{assert(pphead && pos);//要删除的结点刚好就是头结点---头删if (pos == *pphead){SLTPopFront(pphead);}else {//prevSLTNode* prev = *pphead;while (prev->next != pos){prev = prev->next;}//prev pos pos->nextprev->next = pos->next;free(pos);pos = NULL;}
}

逻辑概述：

这段 C 语言代码定义了一个名为SLTErase的函数，用于删除链表中的指定节点。

函数的参数是一个指向链表头节点指针的指针pphead和一个指向要删除节点的指针pos。

在函数内部，首先使用assert函数检查pphead和pos是否有效。

如果要删除的节点恰好是头节点，那么就调用SLTPopFront函数进行头删操作。

否则，通过一个循环找到要删除节点的前驱节点prev。在循环中，只要prev->next不等于pos，就将prev指向下一个节点。当循环结束时，prev就指向了要删除节点的前驱节点。然后，将prev->next指向pos的下一个节点，释放pos所占用的内存空间，并将pos置为NULL，完成删除节点的操作。

1.2.11 删除pos结点之后的数据

//删除pos之后的结点
void SLTEraseAfter(SLTNode* pos)
{assert(pos && pos->next);//pos del del->nextSLTNode* del = pos->next;pos->next = del->next;free(del);del = NULL;
}

逻辑概述：

这段 C 语言代码定义了一个名为 SLTEraseAfter 的函数，用于删除链表中指定节点 pos 之后的节点。

函数的参数是一个指向指定节点的指针 pos 。在函数内部，首先使用 assert 函数检查 pos 以及 pos->next 是否有效。

然后，定义一个指针 del 并将其指向 pos 的下一个节点。接着，将 pos 的 next 指针指向 del 的下一个节点。之后，释放 del 所占用的内存空间，并将 del 置为 NULL ，完成删除 pos 之后节点的操作。

1.2.12 销毁链表

//销毁链表
void SListDestroy(SLTNode** pphead)
{assert(pphead);SLTNode* pcur = *pphead;while (pcur){SLTNode* next = pcur->next;free(pcur);pcur = next;}*pphead = NULL;
}

1.3 源码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"SList.h"void SLTPrint(SLTNode* phead)
{SLTNode* pcur = phead;while (pcur != NULL){printf("%d -> ", pcur->data);pcur = pcur->next;}printf("NULL\n");
}//向操作系统申请一个新节点
SLTNode* SLTBuyNode(SLTDataType x)
{SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail!");exit(1);}newnode->data = x;newnode->next = NULL;return newnode;
}//尾插
void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);//链表为空，phead直接指向newnode节点if (*pphead == NULL){*pphead = newnode;}else {//链表不为空，找尾节点，将尾节点和新节点连接起来SLTNode* ptail = *pphead;while (ptail->next)//等价于ptail->next != NULL{ptail = ptail->next;}//ptail newnodeptail->next = newnode;}
}
//头插
void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{assert(pphead);SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);//newnode *ppheadnewnode->next = *pphead;*pphead = newnode;
}//尾删
void SLTPopBack(SLTNode** pphead)
{assert(pphead && *pphead);//只有一个结点的时候if ((*pphead)->next == NULL){free(*pphead);*pphead = NULL;}else{SLTNode* prev = NULL;SLTNode* ptail = &pphead;while (ptail->next){prev = ptail;ptail = ptail->next;}//prev tailprev->next = NULL;free(ptail);ptail = NULL;}
}//头删
void SLTPopFront(SLTNode** pphead)
{assert(pphead && *pphead);SLTNode* next = (*pphead)->next;free(*pphead);*pphead = next;
}//查找
SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{SLTNode* pcur = phead;while (pcur){if (pcur->data == x){return pcur;}pcur = pcur->next;}//未找到return NULL;
}//在指定位置之前插入数据
void SLInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{assert(pphead && pos);//pos就是头结点if(pos == *pphead){//头插SLTPushFront(pphead, x);}else {SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);//pos在头结点之后--->找pos前驱节点SLTNode* prev = *pphead;while (prev->next != pos){prev = prev->next;}//prev newnode posnewnode->next = pos;prev->next = newnode;}
}//在指定位置之后插入数据
void SLTInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x)
{assert(pos);SLTNode* newnode = SLTBuyNode(x);//pos newnode pos->nextnewnode->next = pos->next;pos->next = newnode;
}//删除pos结点
void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{assert(pphead && pos);//要删除的结点刚好就是头结点---头删if (pos == *pphead){SLTPopFront(pphead);}else {//prevSLTNode* prev = *pphead;while (prev->next != pos){prev = prev->next;}//prev pos pos->nextprev->next = pos->next;free(pos);pos = NULL;}
}
//删除pos之后的结点
void SLTEraseAfter(SLTNode* pos)
{assert(pos && pos->next);//pos del del->nextSLTNode* del = pos->next;pos->next = del->next;free(del);del = NULL;
}
//销毁链表
void SListDestroy(SLTNode** pphead)
{assert(pphead);SLTNode* pcur = *pphead;while (pcur){SLTNode* next = pcur->next;free(pcur);pcur = next;}*pphead = NULL;
}

2. 主函数

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"SList.h"//手动构造一个链表
//并且打印链表
void test01()
{SLTNode* node1 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));SLTNode* node2 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));SLTNode* node3 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));SLTNode* node4 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));node1->data = 1;node2->data = 2;node3->data = 3;node4->data = 4;node1->next = node2;node2->next = node3;node3->next = node4;node4->next = NULL;//打印链表SLTNode* plist = node1;SLTPrint(plist);}void test02()
{SLTNode* plist = NULL;//往空链表中插入节点SLTPushBack(&plist, 1);SLTPrint(plist);SLTPushBack(&plist, 2);SLTPrint(plist);SLTPushBack(&plist, 3);SLTPrint(plist);SLTPushBack(&plist, 4);SLTPrint(plist);
}int main()
{//test01();test02();return 0;
}