【数据结构/C语言】单链表的实现

一、单链表的基本概念

单链表的简介

单链表的特点

二、预备知识

三、单链表的基本结构

四、单链表的基本操作

1.链表打印

2.申请节点

3.头插

4.尾插

5.头删

6.尾删

7.查找节点

8.指定位置之前插入

9.指定位置之后插入

10.删除给定节点

11.删除给定节点之后的节点

12.链表销毁

五、示例程序

SLinkList.h 单链表结构定义及函数声明头文件

SLinkList.c 单链表方法实现源文件

test.c 测试文件

测试结果

六、实现单链表的常见问题

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系列专栏 ：C语言指南 C语言刷题系列数据结构与算法

一、单链表的基本概念

单链表的简介

单链表是一种基本的线性数据结构，它通过链式存储方式而非连续的内存位置来存储元素。（逻辑上连续，物理上不一定连续）在单链表中，每个元素（或称为节点）包含两部分：数据域和指针域。

数据域用于存储实际的数据，而指针域则存储指向下一个节点的地址。

这样，每个节点都链接到列表中的下一个节点，形成一个链条。

本篇文章要介绍的是无头结点，单向，不循环链表，即通常我们所熟知单链表，以下如无特殊说明，均代表此含义。

单链表的特点

动态大小：链表的长度可以在运行时改变，便于灵活地添加和删除元素。
不需要连续空间：与数组不同，链表的节点在内存中不必相邻，这使得它在内存管理上更为灵活。
插入和删除操作高效：在已知节点位置的情况下，插入和删除操作可以仅需常数时间完成，因为只需调整相邻节点的指针即可。
访问速度：相比于随机访问的数组，单链表的元素访问效率较低，因为需要从头节点开始逐个遍历直到目标节点。

二、预备知识

C语言的基本数据类型和变量
掌握指针的概念和用法
掌握动态内存分配（malloc 和 free）

三、单链表的基本结构

在单链表中，每个元素（或称为节点）包含两部分：数据域和指针域。

数据域用于存储实际的数据（可以是任意类型的数据），而指针域则存储指向下一个节点的地址。

下面是一个使用结构体定义单链表节点的示例：

typedef int SLTDataType;//类型重定义
typedef struct SListNode
{
	SLTDataType data;//数据
	struct SListNode* next;//指针
}SLTNode;

注意：

例子中int是要存储的数据类型，但为了方便后期修改存储类型，这里先对int重命名
为了方便使用，简化节点的名字为SLTNode（但要注意在结构体中创建指针时，不可以使用重定义后的结构体名称，因为此时结构体还未定义）

四、单链表的基本操作

注意：

出于文章篇幅所限，未展示每个方法的独立测试结果，建议读者在实现单链表时，每写好一个方法，都单独测试一下
本篇文章介绍的是无头结点的链表，但为了方便表达，会将第一个节点称为首节点，意为第一个存放数据的有效节点

1.链表打印

void SLTPrint(SLTNode* phead)//链表打印
{
	SLTNode* pcur = phead;
	while (pcur)//pcur!=NULL
	{
		printf("%d->", pcur->data);//打印该节点数据
		pcur = pcur->next;//指针指向下一个节点
	}
	printf("NULL\n");
}

该方法的思路是创建一个临时指针变量接收实参传递的链表首节点指针

然后进入循环，当临时指针pcur不为空时，打印该节点的数据，然后指向下一个节点

当传递来的实参为NULL时，不会进入while循环，而是直接打印NULL

2.申请节点

SLTNode* NewNode(SLTDataType x)//申请节点
{
	SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
	if (newnode == NULL)//注意这里不要写成一个=
	{
		perror("newnode");
		exit(1);//如果申请节点失败，异常退出程序
	}
	newnode->data = x; //数据初始化
	newnode->next = NULL;//指针初始化
	return newnode;//返回新申请节点的地址
}

该方法的任务是：

动态开辟一块节点大小的空间，判断是否成功
然后分别对数据和指针部分初始化

3.头插

void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)//头插
{
	assert(pphead);//二级指针不能为空，否则解引用就会报错
	SLTNode* newnode = NewNode(x);
	newnode->next = *pphead;//新节点next指针指向原来的首节点
	*pphead = newnode;//新节点成为首节点
}

该方法主要任务：

根据传递的数据部分，申请新节点
将新节点next指针指向原来的首节点
新节点成为首节点

需要注意的是：

因为传递来的实参需要被改变（即首节点指向的节点需要被改变），所以此处需要传址调用，实参传递首节点的地址，形参使用二级指针接收
因为要对二级指针解引用来修改实参，所以实参传递的指针不能为空，否则解引用就会报错
这段代码对于链表空或非空，都可以正确的处理

4.尾插

void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)//尾插
{
	assert(pphead);//二级指针不能为空，否则解引用就会报错
	SLTNode* newnode = NewNode(x);
	if (*pphead == NULL)
	{
		*pphead = newnode;//如果链表为空，新节点即为第一个节点
	}
	else
	{
		SLTNode* pcur = *pphead;
		while (pcur)//找到链表的尾节点
		{
			pcur = pcur->next;
		}
		pcur->next = newnode;//如果不对空链表分别处理
	}						//此处就会对空指针解引用
}

该方法完成的任务：

对二级指针判空
申请新节点
对于空链表和非空链表分开处理

对于空链表，新节点成为首节点
对于非空链表，要先找到尾节点，修改尾节点的next指针指向新节点

5.头删

void SLTPopFront(SLTNode** pphead)//头删
{
	assert(pphead && *pphead);//二级指针不能为空，链表不能为空
	SLTNode* next = (*pphead)->next;//存储第二个节点
	free(*pphead);//删除第一个节点
	*pphead = next;//链表指向第二个节点
}

该方法完成的任务：

判空
先存储下第二个节点，防止删除第一个节点之后找不到第二个节点
删除第一个节点
链表头指针指向第二个节点
（这段代码对于链表只有一个节点的情况也可以正常处理）

6.尾删

void SLTPopBack(SLTNode** pphead)//尾删
{
	assert(pphead && *pphead);//二级指针不能为空，链表不能为空
	if ((*pphead)->next == NULL)//处理链表只有一个节点的情况
	{
		free(*pphead);
		*pphead = NULL;
	}
	else//处理正常情况
	{
		SLTNode* pcur = *pphead;//找到指针的最后一个节点
		SLTNode* prev = *pphead;//找到指针的倒数第二个节点
		while (pcur->next != NULL)
		{
			prev = pcur;
			pcur = pcur->next;
		}
		free(pcur);
		pcur = NULL;
		prev->next = NULL;//如果不做特殊处理，此处就会对空指针解引用
	}
}

该方法完成的任务：

判空
对于链表只有一个节点或多个节点的情况分别处理

链表只有一个节点——先删除，再置空
链表有多个节点——先找到链表的最后一个和倒数第二个节点，最后一个节点删除和置空，倒数第二个节点的next指向NULL

7.查找节点

SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{
	SLTNode* pcur = phead;
	while (pcur)
	{
		if (pcur->data == x)
			return pcur;//如果找到，返回节点地址
	}
	return NULL;//对未找到的情况和链表为空的情况都可以处理
}

该方法完成的任务：

创建一个临时指针变量接收实参传递的链表首节点指针
while循环，当临时指针pcur不为空时，判断该节点数据是否等于要查找的数据，相等直接返回节点地址，否则指针指向下一个节点
如果while循环中没有return，说明未找到指定数据，或链表为空，此时返回一个空指针

8.指定位置之前插入

void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
	assert(pphead && *pphead);//二级指针不能为空，链表不能为空
	assert(pos);//指定位置必须存在
	SLTNode* newnode = NewNode(x);
	if (*pphead == pos)//如果要插入到第一个节点之前
	{
		SLTPushFront(pphead, x);//可以直接调用头插
	}
	else
	{
		SLTNode* prev = *pphead;
		while (prev->next != pos)//需要先找到pos的前一个节点
		{                        //如果不分别处理，最后就会对空指针解引用
			prev = prev->next;
		}
		newnode->next = pos;//新节点指向pos
		prev->next = newnode;//原pos的前一个节点指向新节点
	}

}

该方法完成的任务：

判空
申请节点
对于指定的位置分情况处理

如果指定的位置就是第一个节点，那么直接调用头插
对于其他情况，需要先找到pos的前一个节点。然后将三个节点链接在一起：原pos的前一个节点-> 新节点->pos节点