链表之无头结点【哨兵位】单向非循环链表【单链表】增删改查等方法

原创于 2024-12-28 08:32:02 发布

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#链表 #数据结构 #算法 #开发语言 #c++ #c语言

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前言

各位博友，大家好！👋 今天为大家分享单链表的总结🔍。

一、链表

（1）定义

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。

（2）分类

链表的结构非常多样，以下情况组合起来就有8种（2 x 2 x 2）链表结构：

补充说明：

带头链表里的头结点，实际为“哨兵位”，哨兵位结点不存储任何有效元素，只是站在这里“放哨的”

二、单链表（无头结点单向非循环链表）

（1）定义

无头结点单向非循环链表：结构简单，一般不会单独用来存数据。
实际中更多是作为其他数据结构的子结构，如哈希桶、图的邻接表等等。
另外这种结构在笔试面试中出现很多。

（2）物理结构

补充说明：
结点的组成主要有两个部分：当前结点要保存的数据（data）和保存下⼀个结点的地址（指针变量next）。

三、单链表的增删改查等方法的实现

（1）打印单链表

// 定义函数 SLTPrint，用于打印单链表
void SLTPrint(SLTNode* phead) 
{
    // 定义一个指针 cur，用于遍历链表，初始指向链表头结点
    SLTNode* cur = phead;
    // 使用 while 循环遍历链表，直到 cur 指向 NULL，即链表结束
    while (cur) 
    {
        // 打印当前结点的数据域
        printf("%d->", cur->data);
        // 将 cur 指针移动到下一个结点
        cur = cur->next;
    }
    // 当遍历结束，打印"NULL"表示链表结束
    printf("NULL\n");
}

（2）动态申请新结点

// 定义函数 BuySLTNode，用于动态申请一个单链表结点，并初始化其数据
SLTNode* BuySLTNode(SLTDataType x) 
{
    // 初始化 newnode 为 NULL，用于存放新申请的结点
    SLTNode* newnode = NULL;
    // 动态申请一个 SLTNode 大小的内存空间，并将其首地址以 SLTNode 指针形式返回
    SLTNode* tmp = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
    // 如果内存申请失败，打印错误信息并返回 NULL
    if (tmp == NULL) 
    {
        perror("malloc fail");
        return NULL;
    }
    // 将 tmp 赋值给 newnode，表示 newnode 指向新申请的结点
    newnode = tmp;
    // 初始化新结点的数据域为传入的参数 x
    newnode->data = x;
    // 初始化新结点的 next 指针为 NULL，表示该结点目前没有后继结点
    newnode->next = NULL;

    // 返回新申请并初始化的结点
    return newnode;
}

（3）尾插单链表

// 定义函数 SLTPushBack，用于在单链表尾部插入一个新结点
void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x) 
{
      // 断言 pphead 不为空，确保指向单链表首结点指针的指针 pphead 有效
    assert(pphead);

    // 动态申请一个新结点，并初始化其数据为 x
    SLTNode* newnode = BuySLTNode(x);

    // 如果链表为空（首结点为空），则将新节点设置为首结点
    if (*pphead == NULL) 
    {
        *pphead = newnode;
    }
    // 如果链表不为空
    else 
    {
        // 定义一个指针 tail，用于遍历链表找到尾结点
        SLTNode* tail = *pphead;
        // 遍历链表直到 tail 指向尾结点（tail->next 为 NULL）
        while (tail->next) 
        {
            tail = tail->next;
        }
        // 将尾结点的 next 指针指向新结点，完成尾部插入操作
        tail->next = newnode;
    }
}

（4）头插单链表

// 定义函数 SLTPushFront，用于在单链表头部插入一个新结点
void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x) 
{
	 // 断言 pphead 不为空，确保指向单链表首结点指针的指针 pphead 有效
    assert(pphead);

    // 动态申请一个新结点，并初始化其数据为 x
    SLTNode* newnode = BuySLTNode(x);

    // 将新结点的 next 指针指向当前的首结点，这样新节点就成为了新的首结点
    newnode->next = *pphead;
    // 更新头指针，使其指向新结点
    *pphead = newnode;
}

（5）尾删单链表

// 定义函数 SLTPopBack，用于删除单链表尾部的结点
void SLTPopBack(SLTNode** pphead) 
{
    // 断言 pphead 不为空，确保指向单链表首结点指针的指针 pphead 有效
    assert(pphead);
    // 断言链表不为空，确保至少有一个结点
    assert(*pphead);

    // 如果链表只有一个结点，直接释放该结点并设置首指针为 NULL
    if ((*pphead)->next == NULL) 
    {
        free(*pphead);
        *pphead = NULL;
    }
    // 如果链表有多个结点
    else 
    {
        // 定义两个指针，tail 指向当前尾结点，prev 指向尾节点的前一个结点
        SLTNode* tail = *pphead;
        SLTNode* prev = NULL;
        // 遍历链表直到 tail 指向尾结点（tail->next 为 NULL）
        while (tail->next) 
        {
            prev = tail;
            tail = tail->next;
        }
        // 将 prev 的 next指针设置为 NULL，从链表中移除尾结点
        prev->next = NULL;
        // 释放尾结点的内存
        free(tail);
        // 将 tail 设置为 NULL，避免悬挂指针
        tail = NULL;
    }
}

（6）头删单链表

// 定义函数 SLTPopFront，用于删除单链表的首结点
void SLTPopFront(SLTNode** pphead) 
{
    // 断言 pphead 不为空，确保指向单链表首结点指针的指针 pphead 有效  
    assert(pphead);
    // 断言链表不为空，确保至少有一个结点
    assert(*pphead);

    // 保存当前首结点的指针，用于后续释放内存
    SLTNode* first = *pphead;
    // 将头指针更新为首结点的下一个结点，即新的首结点
    *pphead = first->next;
    // 释放原首结点的内存
    free(first);
    // 将 first 指针设置为 NULL，避免悬挂指针
    first = NULL;
}

（7）单链表查找

// 定义函数 SListFind，用于在单链表中查找一个特定值的结点
SLTNode* SListFind(SLTNode* plist, SLTDataType x) 
{
    // 初始化指针 cur 指向链表的首结点 plist
    SLTNode* cur = plist;
    // 使用 while 循环遍历链表，直到 cur 指向 NULL，即链表结束
    while (cur) 
    {
        // 如果当前结点的数据域 data 等于要查找的值 x
        if (cur->data == x) 
        {
            // 返回当前结点的指针，表示找到了匹配的结点
            return cur;
        }
        // 将 cur 指针移动到下一个结点
        cur = cur->next;
    }
    // 如果遍历完整个链表都没有找到匹配的结点，返回 NULL
    return NULL;
}

（8）在 pos 位置之前插入新的结点

// 定义函数 SLTInsert，用于在单链表的 pos 位置之前插入一个新结点，该新结点的数据为 x
void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x) 
{
      // 断言 pphead 不为空，确保指向单链表首结点指针的指针 pphead 有效
    assert(pphead);
    // 断言 pos 不为空，确保传入的位置结点有效
    assert(pos);

    // 动态申请一个新节点，并初始化其数据为 x
    SLTNode* newnode = BuySLTNode(x);

    // 如果 pos 是首结点，即在头部插入新结点
    if (pos == *pphead) 
    {
        SLTPushFront(pphead, x); // 调用头插函数插入新结点
    }
    // 如果 pos 不是首结点也不是空结点
    else 
    {
        // 定义一个指针 prev，用于遍历链表找到 pos 的前一个结点
        SLTNode* prev = *pphead;
        // 遍历链表直到 prev 的 next 指向 pos
        while (prev->next != pos) 
        {
            prev = prev->next;
        }
        // 将 prev 的 next 指向新结点，并将新结点的 next 指向 pos，完成插入操作
        prev->next = newnode;
        newnode->next = pos;
    }
}

（9）删除在 pos 位置的结点

// 定义函数 SLTErase，用于删除单链表中位于 pos 位置的结点
void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos) 
{
  // 断言 pphead 不为空，确保指向单链表首结点指针的指针 pphead 有效
    assert(pphead);
    // 断言 pos 不为空，确保传入的位置结点有效
    assert(pos);

    // 如果 pos 是首结点，调用头删函数删除首结点
    if (pos == *pphead) 
    {
        SLTPopFront(pphead);
    }
    // 如果 pos 不是首结点也不是空结点
    else 
    {
        // 定义一个指针 prev，用于遍历链表找到 pos 的前一个结点
        SLTNode* prev = *pphead;
        // 遍历链表直到 prev 的 next 指向pos
        while (prev->next != pos) 
        {
            prev = prev->next;
        }
        // 将 prev 的 next 指向 pos 的下一个节点，从而从链表中移除 pos 结点
        prev->next = pos->next;
        // 释放 pos 结点的内存
        free(pos);
    }
}

（10）在 pos 位置之后插入新的结点

// 定义函数 SListInsertAfter，用于在单链表中 pos 位置的结点之后插入一个新的结点，新结点的数据为 x
void SListInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x) 
{
    // 动态申请一个新的结点，并初始化其数据为 x
    SLTNode* newnode = BuySLTNode(x);
    // 将新结点的 next 指针指向 pos 节点的下一个节点
    newnode->next = pos->next;
    // 将 pos 结点的 next 指针更新为新结点，完成在 pos 之后插入新结点的操作
    pos->next = newnode;
}

（11）删除 pos 位置之后的结点

// 定义函数 SListEraseAfter，用于删除单链表中 pos 位置结点之后的结点
void SListEraseAfter(SLTNode* pos) 
{
    // 断言 pos 不为空，确保传入的位置结点有效
    assert(pos);
    // 断言 pos 的下一个结点不为空，确保有结点可以删除
    assert(pos->next);

    // 保存 pos 结点的下一个结点的指针，这个结点将被删除
    SLTNode* del = pos->next;
    // 将 pos 结点的 next 指针更新为 del 结点的下一个结点，从而跳过 del 结点
    pos->next = del->next;
    // 释放 del 结点的内存
    free(del);
    // 将 del 指针设置为 NULL，避免悬挂指针
    del = NULL;
}

（12）单链表的销毁

// 定义函数 SLTDestroy，用于销毁单链表，释放所有结点的内存
void SLTDestroy(SLTNode** pphead) 
{
    // 断言 pphead 不为空，确保指向单链表首结点指针的指针 pphead 有效
    assert(pphead);
    // 初始化 cur 指针指向链表的头结点
    SLTNode* cur = *pphead;
    // 初始化 next 指针，用于临时存储 cur 结点的下一个结点
    SLTNode* next = NULL;
    // 使用 while 循环遍历链表，直到 cur 指向 NULL，即链表结束
    while (cur) 
    {
        // 保存当前节点的下一个结点到 next
        next = cur->next;
        // 释放当前结点的内存
        free(cur);
        // 将 cur 指针更新为 next，继续遍历
        cur = next;
    }
    // 遍历结束后，将首指针设置为 NULL，表示链表已被销毁
    *pphead = NULL;
}