数据结构实验 2 单链表的实现

一、实验目的

1．掌握单链表的定义。

2．理解线性表的链式存储结构。

3．掌握单链表的初始化、头插法、尾插法、打印、判断空表、清空链表、求表长、按址查找、按值查找、插入、删除等基本操作。

二、实验要求

1. 写出单链表的操作的详细算法步骤；

2. 使用C/C++实现单链表，并编译运行。

三、实验过程

实验环境：visual studio 2017

实验步骤：

1.初始化链表L，定义函数名为Init_List;

2.头插法创建链表L，定义函数名为Create_Head;

3.尾插法创建链表L，定义函数名为Create_Behind;

4.打印链表L，定义函数名为Print_List;

5.判断链表L是否为空表，定义函数名为Empty_List;

6.清空链表L，定义函数名为Clear_List;

7.求链表L表长，定义函数名为Length_List;

8.查找第location个结点的元素值，定义函数名为Get_Data;

9.查找第一个值为e的元素的位置，定义函数名为Locate_Data;

10.在顺序表L第location个位置插入一个元素e，定义函数名为Insert_List;

11.将顺序表L第location个元素删除，定义函数名为Delete_List;

Linked_List.h

#include<stdio.h>       //调用头文件
#include<stdlib.h>      //调用头文件
#define ELEMTYPE int    //用#define定义一个标识符ELEMTYPE表示int

typedef struct Lnode      //构建一个结构体存储链表信息
{
	ELEMTYPE data;         //数据域——存储元素值
	struct Lnode* next;    //指针域——指向该结点的直接后继
}LNode,*List;    //LNode为结构体类型别名，List为结构体指针

void Init_List(List* L);      //声明初始化函数-Init_List
void Create_Head(List* L);    //声明头插法创建链表函数-Create_Head
void Create_Behind(List* L);  //声明尾插法创建链表函数-Create_Behind
void Print_List(List L);      //声明打印函数-Print_List
bool Empty_List(List L);      //声明判断空表函数-Empty_List
void Clear_List(List* L);     //声明清空函数-Clear_List
int Length_List(List L);      //声明求表长函数-Length_List
void Get_Data(List L, int location, ELEMTYPE* e);    
//声明按位置查找元素值函数-Get_Data
int Locate_Data(List L, ELEMTYPE e);    
//声明按值查找元素位置函数-Locate_Data
void Insert_List(List* L, int i, ELEMTYPE e); //声明插入函数-Insert_List
void Delete_List(List* L, int i);    //声明删除函数-Delete_List

Linked_List.c

#include "Linked_List.h"    //调用头文件

void Init_List(List* L)    //初始化链表L
{
	(*L) = (List)malloc(sizeof(LNode));  //用malloc给链表L分配一块内存
	(*L)->next = NULL;                   //将头指针置为空
}

void Create_Head(List* L)    //头插法创建链表L
{
	int length;              //定义整型变量length表示链表L表长
	printf("Please input the length:");    //提示输入表长length
	scanf("%d", &length);                  //输入表长length
	for (int n = 1; n <= length; n++)      //向链表L中添加n个结点
	{
		List p;                             //定义结构体指针类型变量p
		p = (List)malloc(sizeof(LNode));    //用malloc给p分配一块内存
		printf("Please input the data:");   //提示输入结点p的数据域
		scanf("%d", &p->data);              //输入结点p的数据域
		p->next = (*L)->next;    //p作为新的首元结点，指针域指向原来的首元结点
		(*L)->next = p;      //更新首元结点
	}
}

void Create_Behind(List* L)    //尾插法创建链表L
{
	int length;          //定义整型变量length表示链表L长度
	List rear = (*L);    //rear指向尾结点，初始时指向头结点
	printf("Please input the length:");    //提示输入表长length
	scanf("%d", &length);                  //输入表长length
	for (int n = 1; n <= length; n++)      //向链表L中添加n个结点
	{
		List p;                              //定义结构体指针类型变量p
		p = (List)malloc(sizeof(LNode));      //用malloc给p分配一块内存
		printf("Please input the data:");    //提示输入结点p的数据域
		scanf("%d", &p->data);               //输入结点p的数据域
		p->next = NULL;                      //p为尾结点，指针域为空
		rear->next = p;    //原来的尾结点rear的指针域指向现在的尾结点p
		rear = p;          //更新尾结点
	}
}

void Print_List(List L)    //打印链表L
{
	List p = L;            //定义结构体指针类型变量p为头结点
	printf("The linked list is:");    //提示输出链表L
	while (p->next != NULL)           //扫描链表L
	{
		p = p->next;                  //当前p为原来p的后继结点
		printf("%d ", p->data);       //打印p的数据域
	}
	printf("\n");                    //换行
}

bool Empty_List(List L)     		 //判断链表是否为空
{
	if (L->next == NULL)    			 //链表为空
	{
		printf("This list is empty.\n");    //表示链表L为空
		return true;   						 //返回true
	}
	else                     				 //链表L不为空
	{
		printf("This list isn't empty.\n"); //表示链表L不为空
		return false;    						 //返回false
	}
}

void Clear_List(List* L)      //清空链表L
{
	List p = (*L)->next,q;    //定义结构体指针变量q，p为首元结点
	while (p != NULL)         //扫描链表
	{
		q = p->next;          //q为p的后继结点
		free(p);	           //释放结点p所占空间
		p = NULL;            //防止出现悬空指针（失效指针）
		p = q;               //当前p为原来p的后继结点
	}
	(*L)->next = NULL;      //清空链表L后头指针为空
}

int Length_List(List L)    //求链表L表长（元素个数）
{
	int length = 0;        //定义整型变量length记录链表表长
	L = L->next;           //L为首元结点
	while (L != NULL)      //扫描链表L
	{
		length++;          //表长length加1
		L = L->next;       //当前L为原来L的后继结点
	}
	return length;        //返回链表L表长
}

void Get_Data(List L, int location,ELEMTYPE* e)    
//从首元结点开始查找第location个结点并将该结点的数据域赋值给e（按位置查找元素值）
{
	int length = (Length_List(L));   //定义整型变量length表示链表L表长
	if (location<1 || location>length)    //判断location的值是否合法
	{
		printf("get failed\n");           //提示location的值不合法
		return;                           //结束函数
	}
	else                                 //合法
	{
		List p = L;                      //定义结构体指针类型变量p
		for (int j = 0; j < location; j++)   //扫描链表顺序存取
		{
			p = p->next;                     //当前p为原来p的后继结点
		}
		(*e) = p->data;           //将第location个结点的数据域赋值给e
	}
}

int Locate_Data(List L, ELEMTYPE e)    
//查找元素e在链表L中的位置（按值查找元素位置）
{
	List p=L;    //定义结构体指针类型变量p
	for (int location = 1; location <= Length_List(L); location++)    
//扫描链表L
	{
		p = p->next;            //当前p指向原来p的后继结点
		if (p->data == e)       //判断p指向的结点的数据域与e是否相等
			return location;    //相等则返回元素e的位置location
	}
	printf("locate failed\n");         //提示查找失败
	return 0;                          //查找失败返回0
}

void Insert_List(List* L, int location, ELEMTYPE e)    
//在第location个结点上插入元素e
{
	if (location > Length_List(*L) + 1 || location < 1)    
//判断location的值是否合法
	{
		printf("insert failed\n");    //location的值非法
		return;                       //退出函数
	}
	List p = (*L);                    //定义结构体指针类型变量p
	for (int n = 1; n < location; n++)//查找链表的第location-1个结点
	{
		p = p->next;                  //当前p为原来p的后继结点
	}
	List q;                          //定义结构体指针类型变量q
	q = (List)malloc(sizeof(LNode)); //用malloc给q分配一块内存
	q->data = e;                     //元素e存放至结点q的数据域
	q->next = p->next;               //p的后继结点存放至q的指针域
	p->next = q;                     //q为p的后继结点
}

void Delete_List(List* L, int location)    //删除第location个结点
{
	if (location<1 || location>Length_List(*L))
//判断location的值是否合法
	{
		printf("delete failed\n");      //location的值非法
		return;                         //退出函数
	}
	List p = (*L);                     //定义结构体指针类型变量p
	for (int n = 1; n < location ; n++)//查找链表的第location-1个结点
	{
		p = p->next;      //当前p为原来p的后继结点
	}
	List q = p->next;     //定义结构体指针类型变量q为第location个结点
	p->next = q->next; 
//第location-1个结点的指针域改为第location个结点的后继结点
	free(q);     //释放第location个元素的空间
	q = NULL;    //防止出现悬空指针（无效指针）
}

以下为测试函数

1.测试初始化函数Init_List;头插法函数Create_Head;打印函数Print_List.

#include "Linked_List.h"    //调用头文件

int main(void)        //main()函数
{
	List L;           //定义结构体指针变量L
	Init_List(&L);    //调用Init_List函数将链表L初始化
	Create_Head(&L);  //调用Create_Head函数用头插法创建链表L
	Print_List(L);    //调用Print_List函数打印链表L
	return 0;         //返回值
}

2.测试尾插法函数Create_Behind.

#include "Linked_List.h"    //调用头文件

int main(void)            //main()函数
{
	List L;		        //定义结构体指针变量L
	Init_List(&L);        //调用Init_List函数将链表L初始化
	Create_Behind(&L);    //调用Create_Behind函数用尾插法创建链表L
	Print_List(L);        //调用Print_List函数打印链表L
	return 0;             //返回值
}

3.测试判断空表函数Empty_List.

#include "Linked_List.h"    //调用头文件

int main(void)		    //main()函数
{
	List L;		       //定义结构体指针变量L
	Init_List(&L);       //调用Init_List函数将链表L初始化
	Empty_List(L);		//调用Empty_List函数判断链表L是否为空
	Create_Behind(&L);	//调用Create_Behind函数用尾插法创建链表L
	Empty_List(L);		//调用Empty_List函数判断链表L是否为空
	return 0;				//返回值
}

4.测试清空链表函数Clear_List.

#include "Linked_List.h"    //调用头文件

int main(void)		       //main()函数
{
	List L;		       //定义结构体指针变量L
	Init_List(&L);		//调用Init_List函数将链表L初始化
	Create_Behind(&L);	//调用Create_Behind函数用尾插法创建链表L
	Empty_List(L);		//调用Empty_List函数判断链表L是否为空
	Clear_List(&L);		//调用Clear_List函数清空链表L
	Empty_List(L);		//调用Empty_List函数判断链表L是否为空
	return 0;            //返回值
}

5.测试求表长函数Length_List.

#include "Linked_List.h"    //调用头文件

int main(void)		       //main()函数
{
	List L;		          //定义结构体指针变量L
	Init_List(&L);		   //调用Init_List函数将链表L初始化
	Create_Head(&L);		   //调用Create_Head函数用头插法创建链表L
printf("The length of this list is:%d\n", Length_List(L));     
//输出表长
	return 0;					//返回值
}

6.测试按址查找函数Get_Data.

#include "Linked_List.h"    //调用头文件

int main(void)		        //main()函数
{
	List L;		          	//定义结构体指针变量L
	Init_List(&L);		   	//调用Init_List函数将链表L初始化
	Create_Head(&L);	   	   	//调用Create_Head函数用头插法创建链表L
	Print_List(L);          	//调用Print_List函数打印链表L
	ELEMTYPE e;			   	//定义查找到的元素e
	int location;		  	  	//定义待查找位置location
	printf("Please input the location of the element you want to get:");    //提示输入待查找位置location
	scanf("%d", &location);		       //输入待查找位置location
	Get_Data(L,location,&e);		       //调用Get_Data函数按址查找
	printf("The element is:%d", e);    //输出查找到的元素e
	return 0;								//返回值
}

7.测试按值查找函数Locate_List

#include "Linked_List.h"    //调用头文件

int main(void)		   //main()函数
{
	List L;		       //定义结构体指针变量L
	Init_List(&L);		//调用Init_List函数将链表L初始化
	Create_Behind(&L);	//调用Create_Behind函数用头插法创建链表L
	Print_List(L);       //调用Print_List函数打印链表L
	ELEMTYPE e;			//定义待查找结点的数据域e
	printf("Please input the element you want to search:");		
//提示输入待查找结点的数据域e
	scanf("%d", &e);		//输入带查找元素e
	printf("The location of this element is:%d", Locate_Data(L, e));	//调用Locate_Data函数按值查找结点位置并输出
	return 0;				//返回值
}

8.测试插入函数Insert_List

#include "Linked_List.h"    //调用头文件

int main(void)		       //main()函数
{
	List L;		           //定义结构体指针变量L
	Init_List(&L);		    //调用Init_List函数将链表L初始化
	Create_Behind(&L);		//调用Create_Behind函数用头插法创建链表L
	Print_List(L);           //调用Print_List函数打印链表L
	ELEMTYPE e;				//定义待查找结点的数据域e
	printf("Please input the element you want to search:");		
`//提示输入待查找结点的数据域e
	scanf("%d", &e);		//输入带查找元素e
	printf("The location of this element is:%d", Locate_Data(L, e));	//调用Locate_Data函数按值查找结点位置并输出
	return 0;				//返回值
}

9.测试删除函数Delete_List

#include "Linked_List.h"    //调用头文件

int main(void)		       //main()函数
{
	List L;		          //定义结构体指针变量L
	Init_List(&L);		   //调用Init_List函数将链表L初始化
	Create_Behind(&L);	   //调用Create_Behind函数用头插法创建链表L
	Print_List(L);		   //调用Print_List函数打印链表L
	int location;        //定义待删除结点位置location
	printf("The location of the element to be deleted is:");   
 	//提示输入删除结点的位置
	scanf("%d", &location);        //输入需要删除结点的位置
	Delete_List(&L, location);
//调用Delete_List函数删除第location个结点
	Print_List(L);		         //调用Print_List函数打印链表L
	printf("The length of this list is:%d\n", Length_List(L));    
 //输出表长
	return 0;		  //返回值
}

四、实验结果及分析

测试函数	测试用例	运行结果
Init_List Creat_Head Print_List	5 1,2,3,4,5	Please input the length:5 Please input the data:1 Please input the data:2 Please input the data:3 Please input the data:4 Please input the data:5 The linked list is:5 4 3 2 1
	-1	Please input the length:-1 The linked list is:
Create_Behind	5 1,2,3,4,5	Please input the length:5 Please input the data:1 Please input the data:2 Please input the data:3 Please input the data:4 Please input the data:5 The linked list is:1 2 3 4 5
	0	Please input the length:0 The linked list is:
Empty_List	5 1,2,3,4,5	This list is empty. Please input the length:5 Please input the data:1 Please input the data:2 Please input the data:3 Please input the data:4 Please input the data:5 This list isn't empty.
	0	This list is empty. Please input the length:0 This list is empty.
Clear_List	5 1,2,3,4,5	Please input the length:5 Please input the data:1 Please input the data:2 Please input the data:3 Please input the data:4 Please input the data:5 This list isn't empty. This list is empty.
	-1	Please input the length:-1 This list is empty. This list is empty.
Length_List	5 1,2,3,4,5	Please input the length:5 Please input the data:1 Please input the data:2 Please input the data:3 Please input the data:4 Please input the data:5 The length of this list is:5
	-1	Please input the length:-1 The length of this list is:0
Get_Data	5 1,2,3,4,5 5	Please input the length:5 Please input the data:1 Please input the data:2 Please input the data:3 Please input the data:4 Please input the data:5 The linked list is:5 4 3 2 1 Please input the location of the element you want to get:5 The element is:1
	6	Please input the location of the element you want to get:6 get failed The element is:-858993460
	0	Please input the location of the element you want to get:0 get failed The element is:-858993460
Locate_Data	5 1,2,3,4,5 4	Please input the length:5 Please input the data:1 Please input the data:2 Please input the data:3 Please input the data:4 Please input the data:5 The linked list is:1 2 3 4 5 Please input the element you want to search:4 The location of this element is:4
	6	Please input the element you want to search:6 locate failed The location of this element is:0
Insert_List	5 1,2,3,4,5 6 2	Please input the length:5 Please input the data:1 Please input the data:2 Please input the data:3 Please input the data:4 Please input the data:5 The linked list is:1 2 3 4 5 The element to be inserted is:6 The location of the element to be inserted is:6 The linked list is:1 2 3 4 5 6 The length of this list is:6
	6 0	The element to be inserted is:6 The location of the element to be inserted is:0 insert failed The linked list is:1 2 3 4 5 The length of this list is:5
	6 7	The element to be inserted is:6 The location of the element to be inserted is:7 insert failed The linked list is:1 2 3 4 5 The length of this list is:5
Delete_List	5 1,2,3,4,5 5	Please input the length:5 Please input the data:1 Please input the data:2 Please input the data:3 Please input the data:4 Please input the data:5 The linked list is:1 2 3 4 5 The location of the element to be deleted is:5 The linked list is:1 2 3 4 The length of this list is:4
	0	The location of the element to be deleted is:0 delete failed The linked list is:1 2 3 4 5 The length of this list is:5
	6	The location of the element to be deleted is:6 delete failed The linked list is:1 2 3 4 5 The length of this list is:5