数据结构基础练习 | 单链表操作全套实战与复盘

嵌入式Jerry

于 2025-07-13 13:51:18 发布

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分类专栏：数据结构文章标签：数据结构 redis 缓存数据库 java

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数据结构基础练习 | 单链表操作全套实战与复盘

前言

单链表是数据结构与算法学习的核心内容之一，不仅是算法题的高频考点，更是C语言面试和实际工程开发的基础能力。通过扎实掌握单链表的各种基本操作，可以极大提升你的编程思维与指针理解能力。本练习代码涵盖了链表创建、打印、反转、插入（头、尾、任意位置）、删除（指定位置）等典型功能，每一个操作都对应着真实项目和面试中的核心用法。

一、链表的核心用途和实战意义

高效插入/删除：链表结构在已知节点指针的情况下，插入和删除都能做到O(1)时间复杂度，优于数组的O(n)。
动态内存管理：链表在插入、删除节点时无需移动大量元素，内存利用率高，适合实现队列、栈、缓存等结构。
算法面试基础：链表题目能全面考查指针运算、内存管理、边界处理，是算法笔试/面试绕不开的内容。
工程开发常见场景：如操作系统进程链表、LRU缓存、哈希拉链法、邻接表等，都需要链表的熟练应用。

在这里插入图片描述

二、练习意图与目标

基础夯实：通过自写链表各类基础操作，打牢指针和内存操作的基本功。
边界覆盖：全面训练空链表、单节点、头/尾插入、越界等特殊场景，强化代码健壮性。
代码复用与归纳：将常用链表操作形成模板，积累个人算法/工程工具库。
实战思维提升：每个操作不仅为算法题做准备，更贴合实际开发需求，提升综合能力。

三、完整代码与注释

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

// 单链表节点定义
typedef struct ListNode {
    int val;
    struct ListNode* next;
} ListNode;

// 创建链表（数组转链表）
ListNode* createList(int* arr, int len) {
    if(len <= 0)
        return NULL;
    int i = 0;
    ListNode * head = malloc(sizeof(ListNode));
    if (!head) return NULL;
    head->val = arr[i++];
    ListNode * tmp = head;
    while(--len){
        ListNode * nt = malloc(sizeof(ListNode));
        if (!nt) return head; // 分配失败提前返回
        nt->val = arr[i++];
        tmp->next = nt;
        tmp = nt;
    }
    tmp->next = NULL;
    return head;
}

// 打印链表
void printList(ListNode* head) {
    ListNode* p = head;
    while (p) {
        printf("%d", p->val);
        if (p->next) printf(" -> ");
        p = p->next;
    }
    printf("\n");
}

// 释放链表
void freeList(ListNode* head) {
    while (head) {
        ListNode* tmp = head;
        head = head->next;
        free(tmp);
    }
}

// 链表反转
ListNode* reverseList(ListNode* head) {
    ListNode * pre = NULL;
    while(head){
        ListNode * nt = head->next;
        head->next = pre;
        pre = head;
        head = nt;
    }
    return pre;
}

// 头插法
ListNode* insertHead(ListNode* head, int val) {
    ListNode* node = malloc(sizeof(ListNode));
    node->val = val;
    node->next = head;
    return node;
}

// 尾插法
ListNode* insertTail(ListNode* head, int val) {
    ListNode* node = malloc(sizeof(ListNode));
    node->val = val;
    node->next = NULL;
    if(head==NULL)
        return node;
    ListNode* tmp = head;
    while(tmp->next)
        tmp = tmp->next;
    tmp->next = node;
    return head;
}

// 指定位置插入
ListNode* insertAt(ListNode* head, int pos, int val) {
    ListNode * node = malloc(sizeof(ListNode));
    node->val = val;
    node->next = NULL;
    if(pos == 0){
        node->next = head;
        return node;
    }
    ListNode* pre = head;
    ListNode* nt = head->next;
    int i = 1;
    while(i < pos && nt){
        pre = pre->next;
        nt = nt->next;
        i++;
    }
    pre->next = node;
    node->next = nt;
    return head;
}

// 指定位置删除
ListNode* deleteAt(ListNode* head, int pos) {
    if(pos == 0 && head){
        ListNode* nt = head->next;
        free(head);
        return nt;
    }
    ListNode* pre = head;
    ListNode* nt = head ? head->next : NULL;
    int i = 1;
    while(i < pos && nt){
        pre = pre->next;
        nt = nt->next;
        i++;
    }
    if(nt){
        pre->next = nt->next;
        free(nt);
    }
    return head;
}

// main函数测试
int main() {
    int arr[] = {1,2,3,4,5};
    ListNode* head = createList(arr, 5);
    printf("原链表: ");
    printList(head);

    // 头插
    head = insertHead(head, 11);
    printf("头插11: ");
    printList(head);

    // 尾插
    head = insertTail(head, 12);
    printf("尾插12: ");
    printList(head);

    // 指定位置插入
    head = insertAt(head, 5, 13);
    printf("在第5个位置插入13: ");
    printList(head);

    // 删除第4个节点
    head = deleteAt(head, 4);
    printf("删除第4个节点: ");
    printList(head);

    // 反转链表
    head = reverseList(head);
    printf("反转后链表: ");
    printList(head);

    freeList(head);
    return 0;
}