初阶数据结构（C语言实现）——3.3单向非循环链表详解（定义、增、删、查、改）+链表面试题-优快云博客

前置思考

为什么有了顺序表，还要有链表？

顺序表存在一些问题

中间/头部的插入删除，时间复杂度为O(N)
增容需要申请新空间，拷贝数据，释放旧空间。会有不小的消耗。
增容一般是呈2倍的增长，势必会有一定的空间浪费。例如当前容量为100，满了以后增容到200，我们
再继续插入了5个数据，后面没有数据插入了，那么就浪费了95个数据空间。

为了更好的解决上面的问题，我们引入了链表

3.链表

3.1 链表的概念及结构

概念：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

链表的物理结构

1.从上图可看出，链式结构在逻辑上是连续的，但是在物理上不一定连续

链表的逻辑结构（为了方便理解，想象出来的）

注意：

现实中的结点一般都是从堆上申请出来的
从堆上申请的空间，是按照一定的策略来分配的，两次申请的空间可能连续，也可能不连续

3.2 链表的分类

实际中链表的结构非常多样，以下情况组合起来就有8种链表结构：

单向或者双向

带头或者不带头（哨兵位的头结点，不存储有效数据）

循环或者非循环

链表总共有8种

虽然有这么多的链表的结构，但是我们实际中最常用还是两种结构：

无头单向非循环链表：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。
带头双向循环链表：结构最复杂，一般用在单独存储数据。实际中使用的链表数据结构，都是带头双向循环链表。另外这个结构虽然结构复杂，但是使用代码实现以后会发现结构会带来很多优势，实现反而简单了。

3.3 无头+单向+非循环链表增删查改接口实现

3.3.0 单链表的实现

typedef int SLTDateType;
//定义单链表节点
typedef struct SListNode
{
	SLTDateType data; //数据域
	struct SListNode* next;//指针域
}SListNode;//重命名为SListNode,方便我们后面定义结构体变量。就不需要每次写 struct SListNode 这么一长串了

实现接口

// 动态申请一个节点
SListNode* BuySListNode(SLTDateType x);
// 单链表打印
void SListPrint(SListNode* phead);
// 单链表尾插
void SListPushBack(SListNode** pphead, SLTDateType x);
// 单链表的头插
void SListPushFront(SListNode** pphead, SLTDateType x);
// 单链表的尾删
void SListPopBack(SListNode** pphead);
// 单链表头删
void SListPopFront(SListNode** pphead);
// 单链表查找
SListNode* SListFind(SListNode* phead, SLTDateType x);
// 单链表在pos位置之后插入x
void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLTDateType x);
// 单链表删除pos位置之后的值
void SListEraseAfter(SListNode* pos);

3.3.1 动态申请节点和释放销毁节点

动态申请一个结点

// 动态申请一个节点
SListNode* BuySListNode(SLTDateType x)
{
	SListNode* newnode = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode));
	if (newnode == NULL)//申请完，检查是否开辟成功
	{
		perror("BuySListNode::mallo fail!");
		return NULL;
	}
	newnode->data = x;
	newnode->next = NULL;
	return newnode;
}

释放（销毁）所有节点

//销毁（释放）所有节点
void SLListDistory(SListNode** pphead)
{
	assert(pphead);
	SListNode*  cur = *pphead;
	while (cur->next != NULL)//遍历链表
	{
		SListNode* next = cur->next;//保存cur的下一个节点
		free(cur);//释放结点
		cur = next;//cur一直往后走
	}
	*pphead = NULL;//最后释放我们的指针
}

3.3.2 单链表打印

void SListPrint(SListNode* phead)
{
	SListNode *cur = phead;
	while (cur)//遍历链表只要不为空，就打印
	{
		printf("%d->", cur->data);
		cur = cur->next;
	}
	printf("NULL\n");
}

3.3.3 单链表尾插

先来看一种错误写法

传一级指针的值，用一级指针接收

指针传值，相当于把plist指针变量的值拷贝给phead，phead=newnode，phead的变化并不会影响plist.
形参只是实参的一份临时拷贝
这样写的结果是什么？

当链表为空的时候，plist指向NULL，phead也指向NULL
我们现在要尾插一个结点，我们在函数内部，令形参phead指向了新结点，但是我们的实参plist，并没有改变

如何解决

list 是指向第一个节点的指针，想要在函数中改变 plist 的值（指向），必须要把 plist指针的地址 作为实参传过去，形参用 二级指针 接收，这样在函数中对二级指针解引用得到 plist 的值，就可以改变 plist 的值了

在函数里面要改变 int，则要传 int* ，要改变 int* ，则要传 int**

尾插正确写法

图解尾插思路>

void SListPushBack(SListNode** pphead, SLTDateType x)
{
    assert(pphead);  //检查参数是否传错
	SListNode* newnode = BuySListNode(x);//动态申请一个结点
	
	if (*pphead == NULL)//当单链表中没有结点时
	{
		*pphead = newnode;//让plist指向新结点
	}
	else//当单链表中已有结点时
	{
		
		SListNode* tail =*pphead;
		while (tail->next != NULL)//找尾，找到单链表中的最后一个结点
		{
			tail = tail->next;
		}
		tail->next = newnode;//另最后一个结点的next域指向新结点
	}
}

功能测试

在这里插入图片描述

3.3.4 单链表的头插

图解头插思路

代码实现

void SListPushFront(SListNode** pphead, SLTDateType x)
{
    assert(pphead);  //检查参数是否传错
	SListNode* newnode = BuySListNode(x);//动态申请一个节点
	newnode->next = *pphead; //新节点的next指针指向plist指向的位置
	*pphead = newnode;//plist指向头插的新节点
}

功能测试

在这里插入图片描述

3.3.5 单链表的尾删

图解尾删思路

尾删代码实现

单链表只有一个节点时，删除节点，plist 指向 NULL；
单链表有多个节点时，先找到单链表尾节点的上一个节点，删除尾节点，然后将该节点的next指向 NULL；
因为可能要改变外部 plist 的指向，所以用二级指针接收指针 plist 的地址。

void SListPopBack(SListNode** pphead)
{
	assert(pphead);   //检查参数是否传错
	assert(*pphead);  //断言，链表不能为空
	
	// 1、只有一个节点
	if ((*pphead)->next == NULL)
	{
		free(*pphead);//删除节点
		*pphead = NULL;//plist置空
	}
	else
	{
		// 2、多个节点
		//找尾
		SListNode* prev = NULL;
		SListNode* tail = *pphead;
		while (tail->next != NULL)//找到链表的尾节点和它的上一个节点
		{
			prev = tail;
			tail = tail->next;
		}

		free(tail);//删除尾节点
		tail = NULL;
		prev->next = NULL;//置空
	}
}

尾删功能验证

在这里插入图片描述

3.3.6 单链表头删

图解单链表头删思路

单链表头删代码实现

void SListPopFront(SListNode** pphead)
{
	assert(pphead);   //检查参数是否传错
	assert(*pphead);  //链表不能为空
	SListNode* first = *pphead; //保存头节点的地址
	*pphead = first->next;//plist指向头节点的下一个节点
	free(first); //删除头节点
	first = NULL;
}

单链表头删功能验证

在这里插入图片描述

3.3.7 单链表查找

思路比较简单，如果找到就返回找到的结点，没找到就返回NULL

SListNode* SListFind(SListNode* phead, SLTDateType x)
{
	SListNode* cur = phead;
	//遍历链表
	while (cur)
	{
		if (cur->data == x)
		{
			return cur;//找到了，返回该节点的地址
		}
		cur = cur->next;
	}
	return NULL; //未找到，返回NULL
}

查找函数功能验证

在这里插入图片描述

3.3.8 单链表在pos位置之后插入x

图解单链表在pos位置之后插入思路

思考：为什么不在pos位置之前插入？

单链表不适合在pos位置之前插入，因为需要遍历链表找到pos位置的前一个节点
单链表更适合在pos位置之后插入，如果在后面插入，只需要知道pos位置就行，会简单很多
C++官方库里面单链表给的也是在之后插入

代码实现

//单链表在指定pos位置之后插入
void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLTDateType x)
{
	assert(pos);//给的pos位置不能为空
	SListNode* newnode = BuySListNode(x);//动态申请一个节点
	newnode->next = pos->next;//新节点的next指针指向pos位置后一个节点
	pos->next = newnode;  //pos位置的next指向新节点
}

3.3.9 单链表删除pos位置之后的值

//单链表删除指定pos位置之后的节点
void SListEraseAfter(SListNode* pos)
{
	assert(pos);//给的pos位置不能为空
	assert(pos->next); //给的pos位置不能是尾节点

	SListNode* del = pos->next;//保存pos位置的后一个节点
	pos->next = del->next;
	free(del); //释放pos位置的后一个节点
	del = NULL;
}

3.3.10 求单链表长度

//求单链表长度
int SListSize(SListNode* phead)
{
	int size = 0;
	SListNode* cur = phead;
	while (cur != NULL)  //遍历链表
	{
		size++;
		cur = cur->next;
	}
	return size;
}

3.3.11 判断单链表是否为空

//单链表判空
bool SListEmpty(SListNode* phead)
{
	//plist为空，返回1(true)，非空，返回0(false)
	return phead == NULL;
	
	/*写法2：
	return phead == NULL ? true : false;
	*/
}