数据结构--带头结点的单向链表

于 2023-08-05 15:57:39 发布
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文章标签： 数据结构 链表
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本文介绍了带头节点单链表，指出其可克服顺序表插入删除元素效率低、空间难管理的不足。详细阐述了节点和链表的初始化方法，包括头插法和尾插法，还介绍了判断链表是否为空、修改、删除、插入节点，摧毁和显示链表等操作，并给出全部代码和运行结果。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

    经过学习我知道了线性表的顺序存储结构（顺序表），发现它有着明显的缺点：插入和删除元素时需要频繁的移动元素，运算效率低。必须申请堆空间。堆空间估计大了，造成浪费空间；估计小了，容易产生溢出，空间难以扩大。

    采用链式存储结构的线性表（链表）可以克服以上的不足。

    单链表是一种链式存取的数据结构，用一组地址任意的存储单元存放线性表中的数据元素。链表中的数据是以节点来表示的，每个节点的构成：元素(存放的数据元素)+指针(指示下一个元素存储位置，单、双链表的最后一个节点除外，它们存储的是一个空指针NULL)，元素就是存储数据的存储单元，指针就是连接每个结点的地址数据。
 

1.节点的结构如下图所示：

 在这里插入图片描述

2.单链表由多个节点依次连接而成，结构如下图：
 

 最开始的那个节点是头节点，头节点的数据域是不存放数据的，指针域指向链表的第一个节点。在单链表的定义中，带有头节点的称为带头节点单链表，不带头节点的称为不带头节点单链表。我们这次介绍的就是带头节点单链表。

目录

一.节点的初始化

1.1 创建数据节点管理结构体

1.2 创建头结点管理结构体

1.3 初始化数据节点

1.4 初始化头结点

二.链表的初始化

 2.1 头插法

 2.2 尾插法

三 判断链表是否空了

四 修改节点

五 删除节点

六 插入节点

七 摧毁链表

八 显示链表

九 全部代码

十 运行结果 

一.节点的初始化

1.1 创建数据节点管理结构体

// 定义输入数据类型
typedef int dataType;
// 定义数据节点
struct node
{
    dataType data;// 数据域
    struct node *next;// 指针域
};

1.2 创建头结点管理结构体

// 定义头节点
struct headNode
{
    struct node *first;// 头指针
    struct node *last;// 尾指针
    int nodeNumber;// 节点总个数
};

1.3 初始化数据节点

// 创建数据节点
struct node *create_Newnode(dataType data)
{
    struct node *pnew = malloc(sizeof(struct node));

    if(pnew == NULL)
        return NULL;

    pnew->data = data;
    pnew->next = NULL;

    return pnew;
}

1.4 初始化头结点

// 创建头节点
struct headNode *create_New_Nodehead(void)
{
    struct headNode *head = malloc(sizeof(struct headNode));

    if(head == NULL)
        return NULL;

    head->first = NULL;
    head->last = NULL;
    head->nodeNumber = 0;

    return head;
}

二.链表的初始化

链表的建立有两种方式，一种是头插法，一种是尾插法。由于单链表的头插和尾插性质，有时候常用来解决链表的逆置问题。

 2.1 头插法

头插法：把后建立的结点插在头部。用这种方法建立起来的链表的实际顺序与输入顺序刚好向反,输出时为倒序。

操作步骤：创建指针pnew指向头节点，用malloc函数申请空间给节点pnew，接下来让节点pnew的指针域等于头节点的指针域，头节点的指针域指向节点pnew。把这段代码放到循环里面，进行多次头插操作。

// 创建链表
struct headNode *create_list(void)
{
    struct headNode *head = create_New_Nodehead();

    if(head == NULL)
        return NULL;

    printf("请输入数据:");
    while(1)
    {
        // 输入数据
        dataType data;
        scanf("%d",&data);
        if(data == 0)
            break;

        // 创建新节点
        struct node *pnew = create_Newnode(data);
        if(pnew == NULL)
            return NULL;

        // 从无到有
        if(head->first == NULL)
        {
            head->first = pnew;
            head->last = pnew;
        }
        else// 从少到多
        {
            // 头插法
            pnew->next = head->first;
            head->first = pnew;
           
        }
        // 更新节点
        head->nodeNumber++;
    }

    return head;
}

 2.2 尾插法

尾插法就是在链表的尾部依次插入节点。

操作步骤：先找到链表的最后一个节点，然后在最后一个节点后面插入节点。接下来的操作和头插差不多了。

// 创建链表
struct headNode *create_list(void)
{
    struct headNode *head = create_New_Nodehead();

    if(head == NULL)
        return NULL;

    printf("请输入数据:");
    while(1)
    {
        // 输入数据
        dataType data;
        scanf("%d",&data);
        if(data == 0)
            break;

        // 创建新节点
        struct node *pnew = create_Newnode(data);
        if(pnew == NULL)
            return NULL;

        // 从无到有
        if(head->first == NULL)
        {
            head->first = pnew;
            head->last = pnew;
        }
        else// 从少到多
        {
            // 尾插法
            head->last->next = pnew;
            head->last = pnew;
          
        }
        // 更新节点
        head->nodeNumber++;
    }

    return head;
}

三 判断链表是否空了

这里可以通过头结点管理结构体中定义的节点总个数nodeNumber来判断

// 判断链表是否为空
bool isNULL(struct headNode *head)
{
    if(head->nodeNumber == 0)
        return true;
    return false;
}

四 修改节点

不改变节点个数，在已经存在的节点上修改指定节点的数值。

// 修改节点
struct headNode* reviseLink(struct headNode *head,int data1,dataType data2)
{
	struct node *p = head->first;

	while(p != NULL)
	{
		if(p->data == data1)// 原始数据
		{
			p->data = data2;// 修改后的数据
		}
		p = p->next;
	}

	return head;
}

五 删除节点

操作步骤：先找到要删除节点前面的那个节点，然后修改指针域，用free释放要删除节点的空间，删除操作完成。

// 删除节点
struct headNode *deleteNode(struct headNode *head,dataType data)
{
    struct node *p=head->first;
    struct node *pre=NULL;
    // 找节点
    while (p)
    {
        // 找到了出来
        if(p->data==data)
        {
            break;
        }
        // 没找到继续找
        else
        {
            pre=p;
            p=p->next;
        }
    }
    // 如果删除节点为头节点
    if(p->data==head->first->data)
    {
        head->first=p->next;
        p->next=NULL;
        free(p);      
    }
    // 如果删除节点为尾节点
    else if(p->next==NULL)
    {
        pre->next=NULL;
        free(p);
    }
    // 如果删除节点为中间节点
    else
    {
        pre->next=p->next;
        p->next=NULL;
        free(p);
    }
    // 更新节点个数
    head->nodeNumber--;
    return head;

}

六 插入节点

在指定位置插入元素，我们只需要找到要插入元素位置的前一个节点就可以了，然后修改节点指针域即可。


// 插入节点
struct headNode *interNode(struct headNode *head,int data,dataType newdata)
{
    struct node *p = head->first;
    struct node *per = NULL;
    struct node *pnew = create_Newnode(newdata);

    // 找节点
    while(p)
    {
        // 找到了
        if(p->data == data)
        {
            break;
        }
        // 没找到
        else
        {
            per = p;
            p = p->next;
        }
    }
    // 如果需要插入的节点没找到，直接尾插到最后面
    if(p==NULL)
    {
        head->last->next = pnew;
        head->last = pnew;
    }
    // 如果需要插入的节点为头结点，直接头插到最前面
    else if(head->first->data==p->data)
    {
        pnew->next = head->first;
        head->first = pnew;
    }
    // 如果为中间节点，随便插
    else
    {
        pnew->next = p;
        per->next = pnew;
    }
    // 更新节点个数
    
    head->nodeNumber++;
    return head;
}

七 摧毁链表

因为单链表的一个个节点是用malloc申请的空间，这一部分的空间在内存的堆区，系统不会自动回收堆区的空间，所以要用free函数去把一个个的节点释放空间。

// 摧毁链表
struct headNode *distoryNode(struct headNode *head)
{
    if(isNULL(head))
    {
        printf("no found data\n");
        return NULL;
    }
    
    // 逐一删除节点
    struct node *p = NULL;
    for(struct node *tmp = head->first;tmp != NULL; tmp = p)
    {
        p = tmp->next;
        tmp->next = NULL;
        free(tmp);
        head->nodeNumber--;
    }
    return head;
}

八 显示链表

没什么好说的，就是将链表打印出来。

// 显示链表
void printList(struct headNode *head)
{
    if(isNULL(head))
    {
        printf("no found data\n");
        return;
    }
    for(struct node *p = head->first;p != NULL;p = p->next)
    {
        printf("%d\t",p->data);
    }
    printf("\n");
    printf("链表节点个数为；%d\n",head->nodeNumber);
}

九 全部代码

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


// 定义输入数据类型
typedef int dataType;
// 定义数据节点
struct node
{
    dataType data;
    struct node *next;
};
// 定义头节点
struct headNode
{
    struct node *first;
    struct node *last;
    int nodeNumber;
};
// 创建头节点
struct headNode *create_New_Nodehead(void)
{
    struct headNode *head = malloc(sizeof(struct headNode));

    if(head == NULL)
        return NULL;

    head->first = NULL;
    head->last = NULL;
    head->nodeNumber = 0;

    return head;
}
// 创建数据节点
struct node *create_Newnode(dataType data)
{
    struct node *pnew = malloc(sizeof(struct node));

    if(pnew == NULL)
        return NULL;

    pnew->data = data;
    pnew->next = NULL;

    return pnew;
}

// 创建链表
struct headNode *create_list(void)
{
    struct headNode *head = create_New_Nodehead();

    if(head == NULL)
        return NULL;

    printf("请输入数据:");
    while(1)
    {
        // 输入数据
        dataType data;
        scanf("%d",&data);
        if(data == 0)
            break;

        // 创建新节点
        struct node *pnew = create_Newnode(data);
        if(pnew == NULL)
            return NULL;

        // 从无到有
        if(head->first == NULL)
        {
            head->first = pnew;
            head->last = pnew;
        }
        else// 从少到多
        {
            #if 1
            // 尾插法
            head->last->next = pnew;
            head->last = pnew;
            #else
            // 头插法
            pnew->next = head->first;
            head->first = pnew;
            #endif
        }
        // 更新节点
        head->nodeNumber++;
    }

    return head;
}


// 修改节点
struct headNode* reviseLink(struct headNode *head,int data1,dataType data2)
{
	struct node *p = head->first;

	while(p != NULL)
	{
		if(p->data == data1)
		{
			p->data = data2;
		}
		p = p->next;
	}

	return head;
}

// 删除节点
struct headNode *deleteNode(struct headNode *head,dataType data)
{
    struct node *p=head->first;
    struct node *pre=NULL;
    while (p)
    {
        if(p->data==data)
        {
            break;
        }
        else
        {
            pre=p;
            p=p->next;
        }
    }

    if(p->data==head->first->data)
    {
        head->first=p->next;
        p->next=NULL;
        free(p);      
    }
    else if(p->next==NULL)
    {
        pre->next=NULL;
        free(p);
    }
    else
    {
        pre->next=p->next;
        p->next=NULL;
        free(p);
    }
    head->nodeNumber--;
    return head;

}

// 插入节点
struct headNode *interNode(struct headNode *head,int data,dataType newdata)
{
    struct node *p = head->first;
    struct node *per = NULL;
    struct node *pnew = create_Newnode(newdata);

    while(p)
    {
        if(p->data == data)
        {
            break;
        }
        else
        {
            per = p;
            p = p->next;
        }
    }

    if(p==NULL)
    {
        head->last->next = pnew;
        head->last = pnew;
    }
    else if(head->first->data==p->data)
    {
        pnew->next = head->first;
        head->first = pnew;
    }
    else
    {
        pnew->next = p;
        per->next = pnew;
    }
    
    head->nodeNumber++;
    return head;
}

// 判断链表是否为空
bool isNULL(struct headNode *head)
{
    if(head->nodeNumber == 0)
        return true;
    return false;
}

// 显示链表
void printList(struct headNode *head)
{
    if(isNULL(head))
    {
        printf("no found data\n");
        return;
    }
    for(struct node *p = head->first;p != NULL;p = p->next)
    {
        printf("%d\t",p->data);
    }
    printf("\n");
    printf("链表节点个数为；%d\n",head->nodeNumber);
}

// 摧毁链表
struct headNode *distoryNode(struct headNode *head)
{
    if(isNULL(head))
    {
        printf("no found data\n");
        return NULL;
    }
    
    // 逐一删除节点
    struct node *p = NULL;
    for(struct node *tmp = head->first;tmp != NULL; tmp = p)
    {
        p = tmp->next;
        tmp->next = NULL;
        free(tmp);
        head->nodeNumber--;
    }
    return head;
}


int main(int argc, char const *argv[])
{
    struct headNode *head = create_list();
    if(head == NULL)
        return -1;
    printf("\n");


    // 修改节点
    printf("修改节点后:");
    head = reviseLink(head,1,11);
    head = reviseLink(head,5,55);
    printList(head);
    printf("\n");

    // 删除节点
    printf("删除节点后:");
    head = deleteNode(head,11);
    printList(head);
    printf("\n");
    
    // 插入节点
    head = interNode(head,1,88);
    head = interNode(head,2,88);
    head = interNode(head,3,88);
    head = interNode(head,4,88);
    printf("插入节点后:");
    printList(head);
    printf("\n");
    
    // 摧毁链表
    distoryNode(head);
    printf("销毁节点后:");
    printList(head);
    printf("\n");

    return 0;
}

十 运行结果 

假定输入数据为1,2,3,4,5，结果如下：

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