C语言实现单链表（及部分概念解析）

最新推荐文章于 2025-03-27 23:16:44 发布

小小子xhh

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分类专栏：数据结构文章标签：链表

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C语言实现单链表

线性表与单链表的区别

存储类别	顺序存储结构	单链表
存储分配方式	用一段连续的存储单元依次存储线性表的数据元素	采用链式存储结构，用一组任意的存储单元存放线性表的元素
时间性能	查找O（1）、插入和删除O（n）	查找O（n）、插入和删除O（1）
空间性能	需要预分配存储空间，分大了浪费，小了容易发生上溢	不需要分配存储空间，只要有就可以分配，元素个数不受限制

通过上面的对比，可以得出一些经验性的结论：

若线性表需要频繁查找，很少进行插入和删除操作时，宜采用顺序存储结构。若需要频繁插入和删除时，宜采用单链表结构。
当线性表中的元素个数变化较大或者根本不知道有多大时，最好用单链表结构，这样可以不需要考虑存储空间的大小问题。而如果事先知道线性表的大致长度，用顺序存储结构效率会高很多。

首先，了解下什么是头指针、头结点、首元结点

链表中第一个结点的存储位置叫做头指针，那么整个链表的存取就必须是从头指针开始进行了。之后的每一个结点，其实就是上一个的后继指针指向的位置。

这里有个地方要注意，就是对头指针概念的理解，这个很重要。“链表中第一个结点的存储位置叫做头指针”，如果链表有头结点，那么头指针就是指向头结点数据域的指针。画一个图吧。

在这里插入图片描述
头指针就是链表的名字。头指针仅仅是个指针而已。

头结点是为了操作的统一与方便而设立的，放在第一个元素结点之前，其数据域一般无意义（当然有些情况下也可存放链表的长度、用做监视哨等等）。
有了头结点后，对在第一个元素结点前插入结点和删除第一个结点，其操作与对其它结点的操作统一了。
首元结点也就是第一个元素的结点，它是头结点后边的第一个结点。
头结点不是链表所必需的。
是的，对于头指针，我们也可以有相应的理解了。
在线性表的链式存储结构中，头指针是指链表指向第一个结点的指针，若链表有头结点，则头指针就是指向链表头结点的指针。
头指针具有标识作用，故常用头指针冠以链表的名字。
无论链表是否为空，头指针均不为空。头指针是链表的必要元素。
单链表也可以没有头结点。如果没有头结点的话，那么单链表就会变成这样：

然后什么是一级指针，什么是二级指针

用框图表示链表中二级指针或者一级指针的使用更加直白了。

1，二级指针创建头指针。

a.只有头指针，没有头结点
在这里插入图片描述
b，有头指针，也有头节点

c，而如果不用二级指针，直接传一个一级指针，相当于生成L的拷贝M，但是对M分配空间与L无关了。

2，二级指针销毁头指针

无论有没有头节点都要用二级指针或者一级指针的引用传参来销毁。

3，二级指针与一级指针方式插入结点
在这里插入图片描述
传二级指针就是在从链表头指针开始对链表操作，传一级指针只不过是对头结点L生成了一个拷贝M，M的next指向的仍然是L的next，因此，后面的操作仍然是在原链表上操作。

4，二级指针与一级指针方式删除结点
在这里插入图片描述
删除的原理与插入一样。

注意：

在没有传入头结点的情况下必须使用二级指针，使用一级指针无效。

参考文章:
https://www.cnblogs.com/wincai/p/5893475.html

https://blog.youkuaiyun.com/lidafoye/article/details/76974058

https://blog.youkuaiyun.com/u012234115/article/details/39717215

代码实现

1.1 初始化链表

这里为什么要使用二级指针，我的理解是：形参改变无法影响实参。创建链表需要改变指针的指向，即该变指针的值，函数参数为结构体二级指针*L，即为指向结构体指针的指针，如果我们只传L，子函数会为这个参数临时分配空间以存储这个参数，在子函数中，将malloc分配内存的返回使用L去接收，操作会将新的内存的地址送入这个原本为参数分配的空间中，无法做到对L的指向做出改变，对实参没影响（即，返回结果只在函数体内有效，函数结束后，这个空间就被释放了）。而后面的操作为什么只用一级指针就可以，因为无需改变头指针的指向，只是对L->next做操作，所以使用一级指针就够了。如果还无法理解可参考文章：https://www.cnblogs.com/wincai/p/5893475.html

/**
 * @description: 创建顺序线性表
 * @param {LinkList *L: 结构体二级指针} 
 * @return: FAILURE：内存分配失败
 * @return: SUCCESS：内存分配成功
 */
Statue InitList(LinkList *L)
{

    //分配内存空间, 产生头结点
    *L = (LinkList) malloc (sizeof(node)); // 分配成功返回内存空间和首地址，分配失败返回空
    //判断分配是否成功
    if(*L == NULL){
        printf("单链表内存分配失败\n\n");
        return FAILURE; //内存空间分配失败
    }
    //分配成功, 将指针域置空, 空表
    (*L)->next = NULL;

    //返回成功
    printf("单链表内存分配成功\n");
    return SUCCESS;
}

其他操作代码

/**
 * @description: 输出表内容
 * @param {LinkList L: 结构体一级指针} 
 * @return: NULL
 */
void ListElemOutput(LinkList L)
{
    LinkList p = L->next;
    printf("当前表数据为:");
    while(p){
        printf("%4d", p->data);
        p = p->next;
    }

    printf("\n");
}

/**
 * @description: 获取表长度
 * @param {LinkList L：结构体指针} 
 * @return: 表长度
 */
Statue GetLength(LinkList L)
{

    int length = 0; // 保存表长度变量
    LinkList p = L->next;  // 获取头结点的下一个结点地址

    while (p != NULL) // 结点指针域不为NULL, 说明有数据
    {
        length++; // 长度加1
        p = p->next; // 获取下一个结点地址
    }
    
    // 返回结果
    return length;
}

/**
 * @description: 获取表元素
 * @param {LinkLine L: 结构体指针 } 
 * @param {int location: 待获取元素的位置}
 * @param {ElemType* data: 数据指针, 存放获取到的数据}
 * @return: ERROR: 传入获取元素位置的参数错误
 * @return: FAILURE: 获取失败
 * @return: SUCCESS: 获取成功
 */
Statue GetElem(LinkList L, int location, ElemType* data)
{

    int n = 1; 
    LinkList p; 

    // 判断传入的数据位置是否合法(大于等于head)
    if(location < n){
        printf("传入元素位置有误\n");
        return ERROER;
    }

    p = L->next; //首元结点给到p

    while(p != NULL && n < location){  //未到表尾和未到指定位置
        p = p->next;  // 指向下一个结点
        ++n; 
    }

    if(p == NULL){
        printf("查找%d位置的数据失败\n", location);
        return FAILURE;
    }

    // 获取数据域数据
    *data = p->data;
    return SUCCESS;
}

/**
 * @description: 尾插法创建链表, 数据域data存放随机数[1, 100]
 * @param {LinkList *L:结构体二级指针} 
 * @param {int n: 插入数据的个数}
 * @return: FAILUER: 内存分配失败
 * @return: SUCCESS: 插入成功
 */
Statue GreateListTail(LinkList *L, int n)
{
    LinkList r, s;
    int i;

    srand(time(0)); // 初始化随机数种子
    //获取头指针
    *L = (LinkList) malloc (sizeof(node));
    if(*L == NULL){
        printf("内存分配失败\n\n");
        return FAILURE;
    } 

    r = *L;  // 将内存分配的头指针给到r

    for(i = 0; i < n; i++){
        s = (LinkList) malloc (sizeof(node));  // 新结点
        s->data = rand() % 100 + 1;  // rand()生成随机数, 对100取模, 生成[0, 99]的数, 加1生成[1, 100]

        r->next = s; // r指向新结点
        r = s; //将r移动到新结点, 即现在r为新结点
    }

    r->next = NULL; // 表尾
    return SUCCESS;

}

/**
 * @description: 头插法创建链表, 数据域data存放随机数[1, 100], (即插入的为首元结点)
 * @param {LinkList *L:结构体二级指针} 
 * @param {int n: 插入数据的个数}
 * @return: FAILUER: 内存分配失败
 * @return: SUCCESS: 插入成功
 */
Statue GreateListHead(LinkList *L, int n)
{
    //定义一个中间结构体指针, 用于保存函数体内生成的结点内容
    LinkList p;
    int i;

    srand(time(0)); // 初始化随机数种子

    //获取头指针
    *L = (LinkList) malloc (sizeof(node));
    //判断内存是否分配成功
    if(*L == NULL){
        printf("内存分配失败\n\n");
        return FAILURE;
    } 
    //将头结点的指针域置NULL
    (*L)->next = NULL;

    //创建首元结点, 头插法接入头结点
    for(i = 0; i < n; i++){
        // 为子结点分配内存
        p = (LinkList) malloc (sizeof(node));
        // 生成随机数, 存放于数据域中
        p->data = rand() % 100 + 1;  // rand()生成随机数, 对100取模, 生成[0, 99]的数, 加1生成[1, 100]
        p->next = (*L)->next; //首元结点指针域指向头结点后的地址, 实现插入头结点后

        (*L)->next = p; //头结点指针域指向首元结点p
    }

    printf("数据插入成功, 当前表长度为:%d\n\n", GetLength(*L));
    return SUCCESS;
 }

/**
 * @description: 插入数据
 * @param {LinkList L: 结构体一级指针, 
 *                     有一些也是如下代码, 不需要动到头指针,
 *                     但使用二级指针, 我也不知道为什么, 感觉没必要, 望赐教} 
 * @param {int location: 插入数据的位置}
 * @param {ElemType* data: 插入的元素}
 * @return: ERROR: 传入获取元素位置的参数错误
 * @return: FAILURE: 获取失败
 * @return: SUCCESS: 获取成功 
 */
Statue ListInsert(LinkList L, int location, ElemType* data)
{
    int n = 1; 
    LinkList p, s;
    // 判断插入的数据是否合法
    if(location < n){
        printf("传入元素位置有误\n");
        return ERROER;
    }

    p = L;
    
    while(p != NULL && n < location){
        p = p->next;
        ++n;
    }

    if(p == NULL){
        printf("查找%d位置的数据失败\n", location);
        return FAILURE;
    }

    // 生成新结点
    s = (LinkList) malloc ((sizeof(node)));
    s->data = *data; // 放入数据
    s->next = p->next;
    p->next = s;

    printf("数据插入成功\n");
    return SUCCESS;
}

/**
 * @description: 
 * @param {LinkList L: 结构体一级指针, 
 *                     有一些也是如下代码, 不需要动到头指针,
 *                     但使用二级指针, 我也不知道为什么, 感觉没必要, 望赐教} 
 * @param {int location: 删除数据的位置}
 * @param {ElemType* data: 删除的元素}
 * @return: ERROR: 传入获取元素位置的参数错误
 * @return: FAILURE: 获取失败
 * @return: SUCCESS: 获取成功  
 */
Statue ListDelete(LinkList L, int location, ElemType* data)
{
    int n = 1;
    LinkList p, s;

    p = L;

    // 判断插入的数据是否合法
    if(location < n){
        printf("传入元素位置有误\n");
        return ERROER;
    }

    while(p->next != NULL && n < location){
        p = p->next;
        ++n;
    }

    if(p == NULL){
        printf("查找%d位置的数据失败\n", location);
        return FAILURE;
    }

    s = p->next;  // 把删除结点的首地址给临时结点, 这样就能把删除结点的指针域保存下来 
    p->next = s->next; // 删除结点的指针域  指向  删除结点后继结点的首地址

    *data = s->data; //删除元素的值
    free(s); // 释放资源

    printf("删除结点成功\n");
    return SUCCESS;
}

/**
 * @description: 单链表整表删除
 * @param {LInkList L: 结构体一级指针} 
 * @return: SUCCESS: 删除成功
 */
Statue ClearList(LinkList L)
{
    LinkList p, q;

    p = L->next;

    while(p){
        q = p->next;
        free(p);
        p = q;
    }

    L->next = NULL;

    return SUCCESS;
}

主函数测试

int main(void)
{
    int result;
    ElemType data;  // 获取某个位置的数据变量
    int i;
    LinkList L; //指向单链表结构体的指针

    //InitList(&L);
    //GreateListHead(&L, 5);
    GreateListTail(&L, 5);

    result = GetLength(L);
    printf("表长度为：%d\n", result);

    ListElemOutput(L);

    printf("\n");

    GetElem(L, 3, &data);
    printf("第3个元素的值为:%d\n",data);
    GetElem(L, 0, &data);

    printf("\n");

    printf("插入的元素值为%d\n", data);
    ListInsert(L, 2, &data);
    ListElemOutput(L);

    printf("\n");

    ListDelete(L, 2, &data);
    printf("删除的元素值为%d\n", data);
    ListElemOutput(L);

    printf("\n");

    ClearList(L);
    printf("整表删除后, 表长度为：%d", GetLength(L));

    return 0;
}