12·C语言---链表与状态机 笔记

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提示：这只是笔记

一、链表的引入

1·1 先说说数组的缺陷：数组元素必须一致；数组元素个数一旦指定就不可更改。

1·2 结构体解决了数组的第一个缺陷，链表就是解决了数组的第二个缺陷。

1·3 时刻记住链表是用来解决数组的大小不能扩展问题。

二、单链表的实现

2·1 单链表的节点构成 ： 有效数据 + 指针

2·2 定义的struct node 只是一个结构体，本身并没有变量生成，也不占内存。结构体的定义相当于为链表的节点定义了一个模板，但是还没有一个节点，将来在实际创建链表时需要一个节点时用这个模板来复制一个即可。

2·3 堆内存的申请 与 使用
（1）链表的内存要求比较灵活，不能用栈，也不能用数据段（存储全局变量的）。只能用堆内存。
（2）使用堆内存来创建一个链表节点的步骤：第一，申请堆内存，大小为一个节点（包括检查申请结果是否正确）；第二，清理申请到的堆内存；第三，把申请到的堆内存当作一个新节点；第四，填充新节点的有效数据和指针区域。

2·4 链表的头指针
（1）头指针并不是节点，而是一个普通的指针，只占4个字节。头指针的类型是struct node * 类型的，所以他才能指向链表的节点。
（2）一个链表的典型实现是：头指针指向链表的第一个节点，第一个节点中的指针指向第二个节点，第二个节点的指针指向第三个节点，这样一直推。形成了链表。

单链表实现代码：

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

// 构建一个链表节点，结构体打包
struct node
{
   

	int data;          //有效数据
	struct node *pNext; // 指向下一个节点的指针
};


/* 创建一个链表节点的函数
 返回值：结构体类型的指针，
 		指向本函数新创建的节点的首地址。
*/
struct node *cread_node(int Data)
{
   

	// 创建一个结构体指针p，
	// p指向的就是malloc申请的新节点首地址
	struct node *p = (struct node *)malloc(sizeof(struct node));

	if(NULL == p)
	{
   
		printf("malloc error!\n");
		return NULL;
	}
	// 清理申请到的堆内存
	memset(p,0,sizeof(struct node));

	// 填充节点
	p->data = Data; 
	p->pNext = NULL;   
//pNext 指向的应该是下一个节点的首地址，
//实际操作时将下一个节点malloc返回的指针赋值给pNext。

	return p;
}

int main(void)
{
   
	// 定义头指针
	struct node *pHeader = NULL;

	// 创建第一个节点，并且和头节点绑定
	pHeader = cread_node(1); 
	// cread_node函数的返回值（指针p）就是（第一个）一个节点的首地址
	
	// 创建第二个节点
	pHeader -> pNext = cread_node(2);

	// 创建第3个节点
	pHeader ->pNext -> pNext = cread_node(3);

	// 访问节点，拿出节点数据域的数据
	printf("node 1 data = %d\n",pHeader -> data );
	printf("node 2 data = %d\n",pHeader ->pNext -> data );
	printf("node 3 data = %d\n",pHeader -> pNext ->pNext -> data );


	return 0;
}

结果：
node 1 data = 1
node 2 data = 2
node 3 data = 3

注意点：
（1）因为是链表，所以在填充数据以及访问节点的时候 应该从头指针（pHeader）处入手。
（2）封装 创建新节点函数的关键点在于：函数的接口设计（函数传参和返回值的设计）。

三、 单链表的插入

3·1 单链表的尾部插入

//  头指针 -> 第一个节点 -> 第二个节点 -> 第三个节点......的方式。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>


// 构建一个链表节点，结构体打包
struct node
{
   

	int data;          //有效数据
	struct node *pNext; // 指向下一个节点的指针
};


// 创建一个链表节点的函数
// 返回值：结构体类型的指针，指向本函数新创建的节点的首地址。
struct node *cread_node(int Data)
{
   

	// 创建一个结构体指针p，p指向的就是malloc申请的新节点首地址
	struct node *p = (struct node *)malloc(sizeof(struct node));

	if(NULL == p)
	{
   
		printf("malloc error!\n");
		return NULL;
	}
	// 清理申请到的堆内存
	memset(p,0,sizeof(struct node));

	// 填充节点
	p->data = Data; 
	p->pNext = NULL;   
//pNext 指向的应该是下一个节点的首地址，实际操作时将下一个节点malloc返回的指针赋值给pNext。

	return p;
}

// 尾部插入 函数
void insert_tail(struct node *pH,struct node *new)
{
   
	// 两步完成尾部插入
	// 第一步，先找到链表最后一个节点
	struct node *p = pH;
	while (NULL != p->pNext)
	{
   
		p = p->pNext; // 往后走一个节点
	}

	// 第二步，将新节点插入到最后一个节点尾部
	p->pNext = new;

}

int main(void)
{
   
	// 定义头指针
	struct node *pHeader = cread_node(1);// pHeader 与第一个节点绑定
	insert_tail(pHeader,cread_node(23)); // 将第二个节点插入第一个节点尾部
	insert_tail(pHeader,cread_node(356));// 将第3个节点插入第2个节点尾部
	insert_tail(pHeader,cread_node(467));// 将第4个节点插入第3个节点尾部


	// 访问节点，拿出节点数据域的数据
	printf("node 1 data = %d\n",pHeader -> data );
	printf("node 2 data = %d\n",pHeader ->pNext -> data );
	printf("node 3 data = %d\n",pHeader -> pNext ->pNext -> data );
	printf("node 4 data = %d\n",pHeader->pNext->pNext->pNext->data );

	return 0;
}


结果：
node 1 data = 1
node 2 data = 23
node 3 data = 356
node 4 data = 467

链表还有一种用法，就是把头指针指向第一个节点作为头节点使用。

头节点的特点是：第一，紧跟在头指针后面；第二，头节点的数据是空的（有时是存储的整个链表的节点数），指针部分指向下一节点，也就是第一节点。

如此看来，头节点与其他节点确实不同。所以我们在创建一个链表是添加节点的方法也不同。头节点在创建头指针的时候一并创建并且和头指针关联起来；后面指针存储数据的节点用节点添加函数（intsert_tail）进行添加。

总结来说，没有头结点对第一个结点的操作大多和中间结点不太一样，在第一个元素之前插入或删除第一个元素，每个操作都要考虑特殊情况，有头结点的话就不必考虑那么多了，还不容易出现代码错误。空表和非空表的处理也统一了，有头节点空表head->next==NULL，没有头节点空表，head->NULL，可以很明显的看出来，带头节点的与后面其他节点的格式类似 -----------------------这是借鉴的某一位大神的总结

// 头指针 -> 头节点 -> 第一个节点 -> 第二个节点.....的方式。

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


// 构建一个链表节点，结构体打包
struct node
{
   

	int data;          //有效数据
	struct node *pNext; // 指向下一个节点的指针
};


// 创建一个链表节点的函数
// 返回值：结构体类型的指针，指向本函数新创建的节点的首地址。
struct node *cread_node(int Data)
{
   

	// 创建一个结构体指针p，p指向的就是malloc申请的新节点首地址
	struct node *p = (struct node *)malloc(sizeof(struct node));

	if(NULL == p)
	{
   
		printf("malloc error!\n");
		return NULL;
	}
	// 清理申请到的堆内存
	memset(p,0,sizeof(struct node));

	// 填充节点
	p->data = Data; 
	p->pNext = NULL;   
//pNext 指向的应该是下一个节点的首地址，实际操作时将下一个节点malloc返回的指针赋值给pNext。

	return p;
}



// 尾部插入 函数
// 并且计算添加了新的节点后节点总数，把节点总数写进头节点中。

/* 思路：头指针遍历，直到走到原来的最后一个节点。
原来最后一个节点里面的pNext是NULL，
现在我们只要将它改成new就行了。添加了之后新节点就变成了最后一个。
*/

void  insert_tail(struct node *pH,struct node *new)
{
   
	int node_sum_num = 0;
	// 两步完成尾部插入
	// 第一步，先找到链表最后一个节点
	struct node *p = pH;
	while (NULL != p->pNext)
	{
   

		p = p->pNext; // 往后走一个节点
		node_sum_num ++;
	}

	// 第二步，将新节点插入到最后一个节点尾部
	p->pNext = new;
	pH -> data = node_sum_num + 1; // 这个1表示头节点

}


int main(void)
{
   
	// 定义头指针 he 绑定头节点
	struct node *pHeader = cread_node(-1);

	insert_tail(pHeader,cread_node(1)); // 将第1个节点插入头节点尾部
	insert_tail(pHeader,cread_node(356));// 将第2个节点插入第1个节点尾部
	insert_tail(pHeader,cread_node(467