单链表各种接口的实现(C)

ChoSeitaku

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原创 2024-09-18 09:28:47 1k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

【单链表接口实现-C语言】 单链表接口实现-C语言阅读详情

顺序表的优缺点

顺序表的问题

头部和中部的插入删除效率都不行， $O (N)$
空间不够了，扩容有一定消耗（尤其是异地扩容）开新空间，拷贝数据，释放旧空间
扩容逻辑，可能还存在空间浪费
1. 多扩，浪费空间
2. 少扩，频繁扩容
  顺序表的优点
尾插尾删足够快
下标的随机访问和修改
链表：按需申请释放

单链表

初始化

![[Pasted image 20240913213459.png]]

typedef int SLTDataType;
struct SListNode
{
	SLTDataType data;
	struct SListNode* next;
};

typedef struct SListNode SLTNode;

或

typedef int SLTDataType;
typedef struct SListNode
{
	SLTDataType data;
	struct SListNode* next;
}SLTNode;

SLTNode，节点
data，数据域
next，指针域，是一个结构体指针，不能是数据类型的指针，否则不能指向下一个节点

打印单链表

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

phead存的是第一个节点的地址
把第一个节点赋值给cur，cur指向第一个节点
当cur不为空，访问cur
cur->next，取结构体里的值，存的是下一个节点的地址
把cur->next赋给cur，cur指向下一个节点
以此循环，直到cur指向NULL
实际上cur没有动，只是值一直在变化而已

最开始将phead赋给cur
cur不为NULL时，将cur->next，也就是下一个节点的地址赋给cur，cur指向下一个节点
直到cur指向NULL，结束

构建链表

int main()
{
	SLTNode* n1 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	n1->data = 10;
	
	SLTNode* n2 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	n2->data = 20;
	
	SLTNode* n3 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	n3->data = 30;
	
	n1->next = n2;
	n2->next = n3;
	n3->next = NULL;
	
	PrintSList(n1);
	
	return 0;
}

创建节点

SLTNode* BuySListNode(SLTDataType x)
{
	SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror ("malloc fail");
		exit(-1);
	}

	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	return newnode;
}

sizeof里是节点的类型，不是SLTDataType
检查新malloc的节点地址是否为空
初始化新节点

尾插

void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
	assert(pphead);

	SLTNode* newnode = BuySListNode(x);

	if (*pphead == NULL)
	{
		//改变的是结构体指针，要用二级指针
		*pphead = newnode;
	}
	else
	{
		SLTNode* tail = *pphead;
		while (tail->next != NULL)
		{
			tail = tail->next;
		}

		//改变的是结构体，用结构体的指针即可
		tail->next = newnode;
	}
}

先创建一个节点
如果单链表没有节点，为第一次插入

将newnode赋给*pphead，也就是把newnode的地址给*pphead，*pphead指向newnode。

由于这里要修改的phead是结构体指针，在函数中要修改实参需要通过指针的指针也就是二级指针，再解引用来修改。
*pphead就是phead
当单链表中已经有节点

将*pphead头节点赋给tail，也就是把第一个节点的地址赋给tail，tail指向第一个节点
将tail->next赋给tail，也就是下一个节点的地址赋给tail，tail指向下一个节点
一直循环，直到tail->next指向NULL停止，也就是tail指向NULL的前一个节点
将newnode赋给tail->next，将next指向的NULL，改为指向newnode

尾插完成

改变结构体，要用结构体指针
改变结构体指针，要用结构体指针的指针

头插

void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
	assert(pphead);
	SLTNode* newnode = BuySListnode(x);

	newnode->next = *pphead;
	*pphead = newnode;
}

newnode是一个结构体
*pphead是结构体指针，用结构体指针可以访问这个结构体的数据，也可以通过next找到下一个节点的地址

将phead赋给newnode->next，新节点的next指向phead

phead存的是第一个节点的地址，等同于
将newnode赋给phead，phead指向newnode，也就是第一个节点

完成头插

尾删

不能直接删去最后一个节点，也得把前一个节点的next指向空，否则会造成野指针

void SLTPopBack(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead);
	assert(*pphead);

	if ((*pphead)->next == NULL)
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
	else
	{
		SLTNode* tailPrev = NULL;
		SLTNode* tail = *pphead;
		while (tail->next)
		{
			tailPrev = tail;
			tail = tail->next;
		}

		free(tail);
		tailPrev->next = NULL;
	
	}
}

如果phead直接是NULL
有可能是调用错误，用assert报错提醒。

当删到最后一个节点时
此时phead指向第一个节点，next指向下一个节点，指向NULL，表示链表只剩最后一个节点
![[Pasted image 20240914222135.png]]
直接free掉phead指针，将phead置为空

链表中还有其他节点时
用tail指针遍历，找最后一个节点
这里如果用一个tail指针，删除掉最后一个节点之后，前一个节点的next指针没有改变，所以需要两个指针跑
再设置一个tailPrev指针，每次tail往下遍历之前，把tail赋给tailPrev，也就是让tailPrev指向当前自己，自己再往后遍历

phead赋给tail，tail指向第一个节点；将tailPrev初始化为NULL
两个指针开始往后遍历，当tail->next指向空结束
free掉tail指针，将tailPrev->next置为空

尾删完成

第二种写法

		SLTNode* tail = *pphead;
		while (tail->next->next)
		{
			tail = tail->next;
		}

		free(tail->next);
		tail->next = NULL;

使用一个tail节点，用tail->next->next找到最后一个节点指向的空，这样tail->next指向的就是最后一个节点，free掉最后一个节点也就是tail->next，然后将tail->next，也就是最后一个节点的上一个节点置为空
![[Pasted image 20240914231339.png]]

头删

void SLTPopFront(SLTNode** pphead)
{
	assert(pphead);
	assert(*pphead);


	SLTNode* newhead = (*pphead)->next;
	free(*pphead);
	*pphead = newhead;
}

头删不需要找尾，找到下一个即可
一个节点和多个节点不需要分开讨论，都是将第一个节点删去，链接下一个，无非是一个节点的情况下一个节点是空而已，逻辑是一样的
先断言，phead如果是空，就报错，暴力检查

将phead->next，也就是第二个节点的地址赋给newhead，newhead指向第二个节点
释放掉phead
将newhead赋给phead，phead指向第二个节点

查找

查找只需要遍历链表即可，并不会修改头指针，因此不需要传二级指针

SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x);
{
	SLTNode* cur = phead;
	while (cur)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}

		cur = cur->next;
	}

	return NULL;
}

创建一个cur指针遍历链表

将phead赋给cur，cur指向第一个节点
将cur->next赋给cur，cur指向下一个节点，一直循环直到cur指向NULL；如果找到x。就直接返回cur
如果没有找到x，cur指向空遍历完毕后，就返回NULL
查找还可以用作修改，用查找函数查找到目标data，然后用pos将返回值接收，再修改pos
如果返回空的话，链表不会有变化

pos之前插入x

在pos位置之前插入一个值，pos可以是任意位置
pos有可能是头插，需要修改头节点，用二级指针
其余情况需要找到pos位置的前一个，来修改next，单链表中只能从头节点开始遍历整个链表

void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pphead);
	assert(pos);

	if (pos == *pphead)
	{
		SLTPushFront(pphead, x);
	}
	else
	{
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}
		SLTNode* newnode = BuySListNode(x);
		prev->next = newnode;
		newnode->next = pos;
	}
}

当pos就是头节点，就相当于头插，直接复用之前的函数
当pos为后续节点

创建一个prev指针，遍历链表来找pos的前一个节点，假如pos是3
创建一个newnode节点，将newnode赋给prev->next，也就是prev->next存newnode的地址，指向newnode
将pos赋值给newnode->next，newnode->next指向pos

pos之后插入x

不可能是头插，pos是第一个节点，就是往第一个节点后面插入

void SLTInsertAfter(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pphead);
	assert(pos);

	SLTNode* newnode = BuySListNode(x);
	newnode->next = pos->next;
	pos->next = newnode;
}

如果pos是NULL，则有可能是传错了，直接报错
复用之前的函数，创建一个节点

将pos->next赋给newnode->next，newnode->next指向pos的下一个节点
将newnode赋给pos->next，pos->next指向newnode，pos的下一个节点变为newnode

删除pos位置

需要找pos前一个节点来断开连接
头删需要处理，因为没有前一个节点
不需要特别处理尾删

void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
	assert(pphead);
	assert(pos);

	if (pos == *pphead)
	{
		SLTPopFront(pphead);
	}
	else
	{
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}
		prev->next = pos->next;
		free(pos);
	}
}

假如pos是2，通过prev找到pos的上一个节点
将pos->next赋给prev->next，prev->next指向pos的下一个节点

最后不需要将pos指针置空，因为函数返回以后，pos就是野指针

删除pos后一个位置

pos可以是任意节点
不能删除头节点
当pos是最后一个节点，没有意义

void SLTEraseAfter(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
	assert(pphead);
	assert(pos);
	assert(pos->next);

	SLTNode* posNext = pos->next;
	pos->next = posNext->next;
	free(posNext);
	posNext = NULL;
}

通过断言检查上述两种情况

通过posNext节点存pos的下一个节点
将posNext->next赋给pos->next，pos->next指向posNext的下一个节点，将posNext断开连接
直接free掉posNext节点，可以置空

声明定义分离实现

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

typedef int SLTDataType;

typedef struct SListNode
{
	SLTDataType data;
	struct SListNode* next;
}SLTNode;

void SLTPrint(SLTNode* phead);

SLTNode* BuySListNode(SLTDataType x);

void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x);
void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x);
void SLTPopBack(SLTNode** pphead);
void SLTPopFront(SLTNode** pphead);
SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x);
//在pos之前插入x
void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x);
//在pos之后插入x
void SLTInsertAfter(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x);
//删除pos位置
void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos);
//删除pos的后一个位置
void SLTEraseAfter(SLTNode** pphead, SLTNode* pos);

#include"SList.h"

void SLTPrint(SLTNode* phead)
{
	SLTNode* cur = phead;
	while (cur)
	{
		printf("%d->", cur->data);
		cur = cur->next;
	}

	printf("NULL\n");
}

SLTNode* BuySListNode(SLTDataType x)
{
	SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	if (newnode == NULL)
	{
		perror ("malloc fail");
		exit(-1);
	}

	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;

	return newnode;
}

void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
	SLTNode* newnode = BuySListNode(x);

	if (*pphead == NULL)
	{
		//改变的是结构体指针，要用二级指针
		*pphead = newnode;
	}
	else
	{
		SLTNode* tail = *pphead;
		while (tail->next != NULL)
		{
			tail = tail->next;
		}

		//改变的是结构体，用结构体的指针即可
		tail->next = newnode;
	}
}

void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
	SLTNode* newnode = BuySListnode(x);

	newnode->next = *pphead;
	*pphead = newnode;
}

void SLTPopBack(SLTNode** pphead)
{
	assert(*pphead);

	if ((*pphead)->next == NULL)
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
	else
	{
		SLTNode* tailPrev = NULL;
		SLTNode* tail = *pphead;
		while (tail->next)
		{
			tailPrev = tail;
			tail = tail->next;
		}

		free(tail);
		tailPrev->next = NULL;
	
	}
}

void SLTPopFront(SLTNode** pphead)
{
	assert(*pphead);


	SLTNode* newhead = (*pphead)->next;
	free(*pphead);
	*pphead = newhead;
}

SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x);
{
	SLTNode* cur = phead;
	while (cur)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;
		}

		cur = cur->next;
	}

	return NULL;
}

void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pos);

	if (pos == *pphead)
	{
		SLTPushFront(pphead, x);
	}
	else
	{
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}
		SLTNode* newnode = BuySListNode(x);
		prev->next = newnode;
		newnode->next = pos;
	}
}

void SLTInsertAfter(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pos);

	SLTNode* newnode = BuySListNode(x);
	newnode->next = pos->next;
	pos->next = newnode;
}

void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
	assert(pos);

	if (pos == *pphead)
	{
		SLTPopFront(pphead);
	}
	else
	{
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)
		{
			prev = prev->next;
		}
		prev->next = pos->next;
		free(pos);
	}
}

void SLTEraseAfter(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
	assert(pos);
	assert(pos->next);

	SLTNode* posNext = pos->next;
	pos->next = posNext->next;
	free(posNext);
	posNext = NULL;
}

#include"SList.h"

void TestSList1()
{
	int n;
	printf("请输入链表的长度：");
	scanf("%d", &n);
	printf("\n请依次输入每个节点的值");
	SLTNode* plist = NULL;

	for (size_t i = 0; i < n; i++)
	{
		int val;
		scanf("%d", &val);
		SLTNode* newnode = BuySListNode(val);

		//头插
		newnode->next = plist;
		plist = newnode;
	
		if (plist == NULL)
		{
			plist = newnode;
		}
		else
		{
			plist->next;
		}
	}
	SLTPrint(plist);
}

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