C语言链表数据结构的设计与代码实现

C语言链表数据结构的设计与代码实现

1. 概述

本文使用C语言实践了一个简单的单向链表数据结构。该链表支持基本的链表操作，包括创建、插入、删除、查找和遍历等功能。

2. 数据结构定义

2.1 节点结构 (Node)

typedef struct Node {
    int data;               // 节点数据
    struct Node* next;      // 指向下一个节点的指针
} Node;

2.2 链表结构 (LinkedList)

typedef struct LinkedList {
    Node* head;            // 链表头指针
} LinkedList;

3. 链表操作

3.1 创建链表

LinkedList* createList() {
    LinkedList* list = (LinkedList*)malloc(sizeof(LinkedList));
    list->head = NULL; // 初始化头指针为空
    return list;
}

3.2 插入节点

void insertAtHead(LinkedList* list, int data) {
    Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
    newNode->data = data;
    newNode->next = list->head;
    list->head = newNode;
}

3.3 删除节点

int deleteNode(LinkedList* list, int data) {
    Node* current = list->head;
    Node* prev = NULL;

    while (current != NULL) {
        if (current->data == data) {
            if (prev == NULL) {
                list->head = current->next;
            } else {
                prev->next = current->next;
            }
            free(current); 
            return 1;
        }
        prev = current;
        current = current->next;
    }
    return 0;
}  

3.4 查找节点

Node* findNode(LinkedList* list, int data) {
    Node* current = list->head;
    while (current != NULL) {
        if (current->data == data) {
            return current;
        }
        current = current->next;
    }
    return NULL;
}

3.5 遍历链表

void traverseList(LinkedList* list) {
    Node* current = list->head;
    while (current != NULL) {
        printf("%d ", current->data);
        current = current->next;
    }
    printf("\n");
}

3.6 释放链表

void freeList(LinkedList* list) {
    Node* current = list->head;
    Node* next; 

    while (current != NULL) {
        next = current->next;
        free(current);
        current = next;
    }
}

4. 使用示例

int main() {
    LinkedList* list = createList();    

    insertAtHead(list, 10);
    insertAtHead(list, 20);
    insertAtHead(list, 30);

    traverseList(list); 

    deleteNode(list, 20);

    traverseList(list);

    freeList(list); 

    return 0;
}

5. 注意事项

1. 在插入和删除节点时，需要确保链表头指针不为空。
2. 在释放链表时，需要确保链表头指针为空。
3. 在查找节点时，需要确保链表头指针不为空。
4. 在遍历链表时，需要确保链表头指针不为空。

5. 完整代码

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

// 链表节点结构
typedef struct Node {
    int data;               // 节点数据
    struct Node* next;      // 指向下一个节点的指针
} Node;

// 链表结构
typedef struct LinkedList {
    Node* head;            // 链表头指针
} LinkedList;

/**
 * @brief 创建一个新的链表
 * @return 返回指向新链表的指针
 */
LinkedList* createList() {
    LinkedList* list = (LinkedList*)malloc(sizeof(LinkedList));
    list->head = NULL; // 初始化头指针为空
    return list;
}

/**
 * @brief 在链表的头部插入一个新节点
 * @param list 链表指针
 * @param data 要插入的数据
 */
void insertAtHead(LinkedList* list, int data) {
    Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
    newNode->data = data; // 设置节点数据
    newNode->next = list->head; // 新节点指向当前头节点
    list->head = newNode; // 更新头指针
}

/**
 * @brief 删除链表中指定值的节点
 * @param list 链表指针
 * @param data 要删除的节点数据
 * @return 1 如果删除成功，0 如果未找到节点
 */
int deleteNode(LinkedList* list, int data) {
    Node* current = list->head;
    Node* previous = NULL;

    while (current != NULL) {
        if (current->data == data) {
            if (previous == NULL) {
                list->head = current->next; // 删除头节点
            } else {
                previous->next = current->next; // 删除中间或尾节点
            }
            free(current); // 释放节点内存
            return 1; // 删除成功
        }
        previous = current;
        current = current->next;
    }
    return 0; // 未找到节点
}

/**
 * @brief 遍历链表并打印节点数据
 * @param list 链表指针
 */
void traverseList(LinkedList* list) {
    Node* current = list->head;
    while (current != NULL) {
        printf("%d -> ", current->data);
        current = current->next;
    }
    printf("NULL\n"); // 表示链表结束
}

/**
 * @brief 释放链表的所有节点
 * @param list 链表指针
 */
void freeList(LinkedList* list) {
    Node* current = list->head;
    Node* nextNode;

    while (current != NULL) {
        nextNode = current->next; // 保存下一个节点
        free(current); // 释放当前节点
        current = nextNode; // 移动到下一个节点
    }
    free(list); // 释放链表结构
}

使用示例：

/**
 * @brief 链表使用示例
 */
int main() {
    // 创建链表
    LinkedList* list = createList();
    printf("创建空链表\n");
    traverseList(list);

    // 插入节点
    printf("\n在头部插入节点: 10, 20, 30\n");
    insertAtHead(list, 10);
    insertAtHead(list, 20); 
    insertAtHead(list, 30);
    traverseList(list);

    // 删除节点
    printf("\n删除节点: 20\n");
    deleteNode(list, 20);
    traverseList(list);

    // 查找节点
    printf("\n查找节点: 10\n");
    Node* found = findNode(list, 10);
    if(found) {
        printf("找到节点，数据为: %d\n", found->data);
    } else {
        printf("未找到节点\n");
    }

    // 释放链表
    printf("\n释放链表\n");
    freeList(list);
    printf("链表已释放\n");

    return 0;
}

输出：

创建空链表
NULL

在头部插入节点: 10, 20, 30
30 -> 20 -> 10 -> NULL

删除节点: 20
30 -> 10 -> NULL

查找节点: 10
找到节点，数据为: 10

释放链表
链表已释放