小朋友学数据结构1：链表

我会带着你远行 2022-02-23 03:05 237阅读 0赞

链表是一种物理存储单元上非连续、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。链表由一系列结点（链表中每一个元素称为结点）组成，结点可以在运行时动态生成。每个结点包括两个部分：一个是存储数据元素的数据域，另一个是存储下一个结点地址的指针域。

![1.png][]

# 一、链表的创建操作 #

刚开始，链表为空。咱们需要创建一个头节点。头节点可以用来存储节点数据，也可以不存储节点数据。咱们这里以不存储数据为例。  
（1）创建头节点  
因为头节点不存储数据，所以头节点的数据域可初始化为0或-1，也可以不用初始化，系统会自动分配一个随机数。

![2.png][]

（2）插入第一个节点

![3.png][]

上面这个图也可以简化表示为：

![4.png][]

（3）插入第二个节点  
这里咱们假定不用考虑节点数据域值的大小顺序，直接插到链表的末尾即可。若要按数据域大小排序，插入时加个判断即可。

![5.png][]

实现代码：

#include<stdio.h>
    #include<malloc.h>
    
    typedef int ElementType;        //    定义数据类型,可根据需要进行其他类型定义
    
    // 定义链表结点
    typedef struct ListNode
    {
        ElementType  Element;  //    数据域，存放数据
        ListNode* Next;        //    指向下一个链表节点
    }Node, *PNode;
    
    //    链表创建函数定义
    PNode CreateList(void)
    {
        // 创建分配一个头节点内存空间，头节点相当于链表的哨兵，不存放数据
        PNode pHead = (PNode)malloc(sizeof(Node));
        if (pHead == NULL)    //    判断是否分配成功
        {
            printf("空间分配失败 \n");
            exit(-1);
        }
    
        PNode pTail = pHead;    //    链表的末尾节点，初始指向头节点
        pTail->Next = NULL;    //    最后一个节点指针置为空
    
        int len ;    //    用于定义链表长度
        int val ;    //    用于存放节点数值
        printf("请输入节点个数：");
        scanf("%d", &len);        //    输入节点个数
    
        for (int i = 0; i < len; i++)
        {
            PNode pNew = (PNode)malloc(sizeof(Node));    //    分配一个新节点
            if (pNew == NULL)
            {
                printf("分配新节点失败\n");
                exit(-1);
            }
    
            printf("请输入第 %d 个节点的数据：", i + 1);
            scanf("%d", &val);    // 输入链表节点的数据
    
            pNew->Element = val;  // 把数据赋值给节点数据域
            pTail->Next = pNew;   // 末尾节点指针指向下一个新节点
            pNew->Next = NULL;    // 新节点指针指向为空
            pTail = pNew;         // 将新节点复制给末尾节点
        }
    
        printf("创建链表成功\n");
    
        return pHead;    //    返回头节点
    }
    
    int main()
    {
        CreateList();    //创建一个指针，使其指向新创建的链表的头指针
        return 0;
    }

运行结果：

请输入节点个数：5
    请输入第 1 个节点的数据：10
    请输入第 2 个节点的数据：20
    请输入第 3 个节点的数据：30
    请输入第 4 个节点的数据：40
    请输入第 5 个节点的数据：50
    创建链表成功

# 二、链表的遍历操作 #

实现代码：

// 定义链表遍历函数
    void TraverseList(PNode head) 
    {
        PNode P = head->Next;       // 首节点赋值给临时节点P
        printf("遍历链表的值为：");
        if (P == NULL)
        {
            printf("链表为空");
        }
        
        while (P != NULL)           // 当临时节点P不为尾节点时，输出当前节点值 
        {
            printf("%d ", P->Element);
            P = P->Next;
        }
        
        printf("\n");
    }

# 三、链表的查询操作 #

// 定义链表查询函数
    PNode FindList(PNode head) 
    {
        PNode P = head->next;   // 定义临时指针P指向首节点的地址
        int num = 0;            // 用于记录链表节点位置
        int val = 0;            // 用于存放要查询的值
        printf("请输入要查询的数：");
        scanf("%d", &val);      //    输入要查询的数值
        while (P != NULL && P->Element != val) 
        {
            P = P->Next;
            ++num;
        }
        
        if (P != NULL)
        {
            printf("找到的节点为：%d", num + 1);
        }
        else
        {
            printf("找不到该节点");
        }
        
        printf("\n");
        
        return P;
    }

# 四、链表的插入操作 #

假设要插入到节点p和q之间，则需要执行两步操作：  
（1）s-> next = q，这是让s的next指向q；  
（2）p->next = s，这是让s成为p的下一个结点，此时p的next不再指向q。

![6.png][]

上面这个图也可简化表示为：

![7.png][]

实现代码：

// 定义链表插入函数
    // 在链表位置第pos节点前插入包含数据val的节点
    void InsertList(PNode head, int pos, int val)
    {
        int position = 0;
        PNode P = head;    //    定义节点p指向头节点
                        //    寻找pos节点的前驱结点
        while (P != NULL&&position<pos - 1)
        {
            P = P->Next;
            ++position;
        }
    
        PNode tmp = (PNode)malloc(sizeof(Node));    //    分配一个临时节点用来存储要插入的数据
        if (tmp == NULL)
        {
            printf("内存分配失败！");
            exit(-1);
        }
    
        //    插入节点
        tmp->Element = val;
        tmp->Next = P->Next;
        P->Next = tmp;
    }

# 五、链表的删除操作 #

## （一）删除整个链表 ##

实现代码：

// 定义删除整个链表函数
    void DeleteTheList(PNode head) 
    {
        PNode P, tmp;
        P = head->Next;    //定义指针P指向链表要删除的链表List的第一个点节点
        List->Next = NULL;
        while (P != NULL)
        {
            tmp = P->Next;        //临时Tmp指向要删除的节点的下个节点
            free(P);    //释放指针P指向的节点
            P = tmp;    //重新赋值
        }
    
        printf("删除链表成功！\n");
    }

## （二）删除链表中的节点 ##

假如要删掉s节点，则需要做两步操作：  
（1）p->next = s->next，让s的下一个节点即q，变成p的下一个节点；

![8.png][]

（2）free(s)，把s节点从内存里释放。

![9.png][]

实现代码：

//  定义删除链表元素函数
    //  删除链表中的第pos个节点
    void DeleteList(PNode head, int pos) 
    {
        int position = 0;
        PNode P = head;    // 定义一个指针p指向链表头节点
        // 寻找pos节点位置的前驱节点
        while (P != NULL&&position < pos - 1) 
        {
            P = P->Next;
            ++position;
        }
    
        //    删除节点
        PNode tmp = P->Next;    //    定义临时指针Tmp指向要删除的节点
        P->Next = tmp->Next;    //    使要删除节点的前驱结点指向其后驱节点
        free(tmp);    //    释放删除节点的内存空间，防止内存泄漏
        tmp = NULL;    //    使q指向空指针，防止产生野指针
    }

# 六、完整代码实现 #

#include<stdio.h>
    #include<malloc.h>
    
    typedef int ElementType;    // 定义数据类型,可根据需要进行其他类型定义
                                // 链表节点的定义
    typedef struct ListNode
    {
        ElementType  Element;   // 数据域，存放数据
        ListNode* Next;         // 指向下一个链表节点
    }Node, *PNode;
    
    
    // 函数声明
    PNode CreateList(void);     // 声明创建链表函数
    void traverseList(PNode head);    // 声明遍历链表函数
    void insertNode(PNode head, int pos, int val);        // 声明链表插入函数
    void deleteList(PNode head);    // 声明删除整个链表函数
    void deleteNode(PNode head, int pos);    // 声明删除链表元素函数
    PNode findNode(PNode head);    // 声明链表查询函数
    
    
    int main()
    {
        PNode head = CreateList();  // 创建一个指针，使其指向新创建的链表的头指针
        traverseList(head);         // 遍历链表
        findNode(head);             // 链表查询
        insertNode(head, 3, 100);   // 链表插入，在第三个位置插入数值100
        traverseList(head);
        deleteNode(head, 3);        // 删除链表第三个节点
        traverseList(head);
        deleteList(head);        // 删除整个链表
        traverseList(head);
    
        return 0;
    }
    
    //    创建链表函数定义
    PNode CreateList(void)
    {
        int len ;    //    用于定义链表长度
        int val ;    //    用于存放节点数值
        PNode pHead = (PNode)malloc(sizeof(Node));    //    创建分配一个头节点内存空间
        if (pHead == NULL)    //    判断是否分配成功
        {
            printf("空间分配失败 \n");
            exit(-1);
        }
    
        PNode pTail = pHead;    //    链表的末尾节点，初始指向头节点
        pTail->Next = NULL;    //    最后一个节点指针置为空
        printf("请输入节点个数：");
        scanf("%d", &len);        //    输入节点个数
        for (int i = 0; i < len; i++)
        {
            PNode pNew = (PNode)malloc(sizeof(Node));    //    分配一个新节点
            if (pNew == NULL)
            {
                printf("分配新节点失败\n");
                exit(-1);
            }
    
            printf("请输入第 %d 个节点的数据：", i + 1);
            scanf("%d", &val);    //    输入链表节点的数据
    
            pNew->Element = val;    //    把数据赋值给节点数据域
            pTail->Next = pNew;    //    末尾节点指针指向下一个新节点
            pNew->Next = NULL;        //    新节点指针指向为空
            pTail = pNew;    //    将新节点复制给末尾节点
        }
    
        printf("创建链表成功\n");
    
        return pHead;    //    返回头节点
    }
    
    //    定义链表遍历函数
    void traverseList(PNode head)
    {
        PNode P = head->Next;    //    首节点赋值给临时节点P
        printf("遍历链表的值为：");
        if (P == NULL)
        {
            printf("链表为空");
        }
    
        while (P != NULL)        //当临时节点P不为尾节点时，输出当前节点值
        {
            printf("%d ", P->Element);
            P = P->Next;
        }
    
        printf("\n");
    }
    
    //    定义链表查询函数
    PNode findNode(PNode head)
    {
        PNode P = head->Next;    //    定义临时指针P指向首节点的地址
        int num = 0;    //    用于记录链表节点位置
        int val = 0;    //    用于存放要查询的值
        printf("请输入要查询的数：");
        scanf("%d", &val);    //    输入要查询的数值
        while (P != NULL&&P->Element != val)
        {
            P = P->Next;
            ++num;
        }
    
        if (P != NULL)
        {
            printf("找到的节点为：%d", num + 1);
        }
        else
        {
            printf("找不到该节点");
        }
    
        printf("\n");
    
        return P;
    }
    
    //     定义链表插入函数
    //    在链表位置第pos节点前插入包含数据val的节点
    void insertNode(PNode head, int pos, int val)
    {
        int position = 0;
        PNode P = head;    //    定义节点p指向头节点
                        //    寻找pos节点的前驱结点
        while (P != NULL&&position<pos - 1)
        {
            P = P->Next;
            ++position;
        }
        PNode tmp = (PNode)malloc(sizeof(Node));    //    分配一个临时节点用来存储要插入的数据
        if (tmp == NULL)
        {
            printf("内存分配失败！");
            exit(-1);
        }
    
        //    插入节点
        tmp->Element = val;
        tmp->Next = P->Next;
        P->Next = tmp;
    }
    
    //定义删除整个链表函数
    void deleteList(PNode head)
    {
        PNode P, tmp;
        P = head->Next;    //定义指针P指向链表要删除的链表List的第一个点节点
        head->Next = NULL;
        while (P != NULL)
        {
            tmp = P->Next;        //临时Tmp指向要删除的节点的下个节点
            free(P);    //释放指针P指向的节点
            P = tmp;    //重新赋值
        }
    
        printf("删除链表成功！\n");
    }
    
    //    定义删除链表元素函数
    //    删除链表中的第pos节点
    void deleteNode(PNode head, int pos)
    {
        int position = 0;
        PNode P = head;    //    定义一个指针p指向链表头节点
                        //    寻找pos节点位置的前驱节点
        while (P != NULL&&position < pos - 1)
        {
            P = P->Next;
            ++position;
        }
    
        //    删除节点
        PNode tmp = P->Next;    //    定义临时指针Tmp指向要删除的节点
        P->Next = tmp->Next;    //    使要删除节点的前驱结点指向其后驱节点
        free(tmp);    //    释放删除节点的内存空间，防止内存泄漏
        tmp = NULL;    //    使q指向空指针，防止产生野指针
    }

运行结果：

请输入节点个数：5
    请输入第 1 个节点的数据：10
    请输入第 2 个节点的数据：20
    请输入第 3 个节点的数据：30
    请输入第 4 个节点的数据：40
    请输入第 5 个节点的数据：50
    创建链表成功
    遍历链表的值为：10 20 30 40 50
    请输入要查询的数：30
    找到的节点为：3
    遍历链表的值为：10 20 100 30 40 50
    遍历链表的值为：10 20 30 40 50
    删除链表成功！
    遍历链表的值为：链表为空

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