C语言之——链表（一）

一、什么是链表？

要想搞懂链表，要从数组的两个缺陷谈起。数组有两个缺陷：初始化时要规定长度，且一旦确定后期不能更改；数组的元素的数据类型必须一致。为了克服第二个缺陷，我们发明了结构体；为了克服第一种缺陷，我们发明了链表。我们可以这样理解：链表就是一个元素个数可以实时变大/变小的数组。

链表就是用锁链连接起来的表。这里的表指的是一个一个的节点，节点中有一些内存可以用来存储数据，叫做数据域，一些内存存储指向下一个节点的指针，叫做指针域。

一个简答的链表结构示意图如下所示：

• 首元节点（又叫做首节点）：第一个有效节点
• 尾节点：最后一个有效节点
• 头节点：是首节点前面的那个节点，数据类型和首节点一样，但是头结点并不存放有效数据，加头结点是为了方便对链表的操作
• 头指针：指向头节点的指针
• 尾指针：指向尾节点的指针

 

链表的分类：

• 单链表
• 双链表：一个节点里面有两个指针域，左边的指针域指向上一个节点，右边的指针域指向下一个节点
• 循环列表：能通过任何一个节点找到其他所有节点
• 非循环列表

 

二、如何创建一个链表？

1、链表节点的表示

typedef struct Node
{
	int data;//数据域
	struct Node *pNext;//指针域
}NODE, *PNODE;//NODE等价于struct Node类型，PNODE等价于struct Node *类型

2、创建一个链表

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


// 构建一个链表的节点
struct node
{
	int data;				// 有效数据
	struct node *pNext;		// 指向下一个节点的指针
};

// 作用：创建一个链表节点
// 返回值：指针，指针指向我们本函数新创建的一个节点的首地址
struct node * create_node(int data)
{
	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
	bzero(p, sizeof(struct node));
	// 填充节点
	p->data = data;
	p->pNext = NULL;	
	
	return p;
}

// 思路：由头指针向后遍历，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就可以了。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)
{
	// 分两步来完成插入
	// 第一步，先找到链表中最后一个节点
	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 = create_node(1);
	
	insert_tail(pHeader, create_node(2));
	insert_tail(pHeader, create_node(3));
	insert_tail(pHeader, create_node(4));

	return 0;
}

三、如何遍历一个链表？

只要知道一个链表的头指针，就可以对整个链表进行访问：

void traverse_list( PNODE pHead )
{
	PNODE p = pHead->pNext;
	
	while( NULL != p )
	{
		printf( " %d ", p->data );
		p = p->pNext;
	}
	printf( " \n " );
	
	return;//意思是告诉别人程序已经结束
}

 

四、如何插入一个节点？

如图所示：想在p节点后面插入一个q节点

 可以采用两种方式：

（1）

 r = p->pNext; //必须先保存起来

p->pNext = q;  //将p节点的指针域指向新插入的节点

q->pNext = r;

（2）

q->pNext = p->pNext;  

p->pNext = q;

五、如何删除一个节点

 r = p->pNext;//将p节点指针域指向的地址保存
p->pNext = p->pNext->pNext;
free(r);//一定要释放堆内存

 

六、综合代码示例：

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

typedef struct Node
{
	int data; //数据域
	struct Node * pNext; //指针域
}NODE, *PNODE; //NODE等价于struct Node    PNODE等价于struct Node *

//函数声明
PNODE create_list(void);  //创建链表
void traverse_list(PNODE pHead);  //遍历链表
bool is_empty(PNODE pHead);  //判断链表是否为空
int length_list(PNODE);  //求链表长度
//在pHead所指向链表的第pos个节点的前面插入一个新的结点，该节点的值是val， 并且pos的值是从1开始
bool insert_list(PNODE pHead, int pos, int val);  

//删除链表第pos个节点，并将删除的结点的值存入pVal所指向的变量中,  并且pos的值是从1开始
bool delete_list(PNODE pHead, int pos, int * pVal);  
void sort_list(PNODE);  //对链表进行排序


int main(void)
{
	PNODE pHead = NULL; //等价于 struct Node * pHead = NULL;
	int val;

	pHead = create_list();  //create_list()功能：创建一个非循环单链表，并将该链表的头结点的地址付给pHead
	traverse_list(pHead);
	
	//insert_list(pHead, -4, 33);
	if ( delete_list(pHead, 4, &val) )
	{
		printf("删除成功，您删除的元素是: %d\n", val);
	}
	else
	{
		printf("删除失败!您删除的元素不存在!\n");
	}

	traverse_list(pHead);
	
	//int len = length_list(pHead);
	//printf("链表的长度是%d\n", len);

	//sort_list(pHead);
	//traverse_list(pHead);
	
/*	if ( is_empty(pHead) )
		printf("链表为空!\n");
	else
		printf("链表不空!\n");
*/
	return 0;
}

PNODE create_list(void)
{
	int len;  //用来存放有效节点的个数
	int i;
	int val; //用来临时存放用户输入的结点的值

	//分配了一个不存放有效数据的头结点
	PNODE pHead = (PNODE)malloc(sizeof(NODE));
	if (NULL == pHead)
	{
		printf("分配失败, 程序终止!\n");
		exit(-1);
	}
	PNODE pTail = pHead;//定义一个pTail，使得pTail 始终指向最后一个节点
	pTail->pNext = NULL;

	printf("请输入您需要生成的链表节点的个数: len = ");
	scanf("%d", &len);
	
	for (i=0; i<len; ++i)
	{
		printf("请输入第%d个节点的值: ", i+1);
		scanf("%d", &val);
		
		PNODE pNew = (PNODE)malloc(sizeof(NODE));
		if (NULL == pNew)
		{
			printf("分配失败, 程序终止!\n");
			exit(-1);
		}
		pNew->data = val;
		pTail->pNext = pNew;
		pNew->pNext = NULL;
		pTail = pNew;//使得pTail始终指向最后一个节点
	}
	
	return pHead;
}

void traverse_list(PNODE pHead)
{
	PNODE p = pHead->pNext;

	while (NULL != p)
	{
		printf("%d  ", p->data);
		p = p->pNext;
	}
	printf("\n");
	
	return;
}

bool is_empty(PNODE pHead)
{
	if (NULL == pHead->pNext)
		return true;
	else
		return false;
}

int length_list(PNODE pHead)
{
	PNODE p = pHead->pNext;
	int len = 0;

	while (NULL != p)
	{
		++len;
		p = p->pNext;
	}

	return len;
}

void sort_list(PNODE pHead)
{
	int i, j, t;
	int len = length_list(pHead);
	PNODE p, q;
	
	for (i=0,p=pHead->pNext; i<len-1; ++i,p=p->pNext)
	{
		for (j=i+1,q=p->pNext; j<len; ++j,q=q->pNext)
		{
			if (p->data > q->data)  //类似于数组中的:  a[i] > a[j]
			{
				t = p->data;//类似于数组中的:  t = a[i];
				p->data = q->data; //类似于数组中的:  a[i] = a[j];
				q->data = t; //类似于数组中的:  a[j] = t;
			}
		}
	}

	return;
}

//在pHead所指向链表的第pos个节点的前面插入一个新的结点，该节点的值是val， 并且pos的值是从1开始
bool insert_list(PNODE pHead, int pos, int val)
{
	int i = 0;
	PNODE p = pHead;

	while (NULL!=p && i<pos-1)//试图寻找第pos-1个节点   有可能越界，此时NULL==p而提前退出循环
	{
		p = p->pNext;
		++i;
	}

	if (i>pos-1 || NULL==p)
		return false;

	//如果程序能执行到这一行说明p已经指向了第pos-1个结点,但第pos-1个节点是否存在无所谓
	//分配新的结点
	PNODE pNew = (PNODE)malloc(sizeof(NODE));
	if (NULL == pNew)
	{
		printf("动态分配内存失败!\n");
		exit(-1);
	}
	pNew->data = val;
	
	//将新的结点存入p节点的后面
	PNODE q = p->pNext;
	p->pNext = pNew;
	pNew->pNext = q;

	return true;
}


bool delete_list(PNODE pHead, int pos, int * pVal)
{
	int i = 0;
	PNODE p = pHead;

	while (NULL!=p->pNext && i<pos-1)
	{
		p = p->pNext;
		++i;
	}

	if (i>pos-1 || NULL==p->pNext)
		return false;
	
	//如果程序能执行到这一行说明p已经指向了第pos-1个结点，并且第pos个节点是存在的
	PNODE q = p->pNext;  //q指向待删除的结点
	*pVal = q->data;  

	//删除p节点后面的结点
	p->pNext = p->pNext->pNext;
	
	//释放q所指向的节点所占的内存
	free(q);
	q = NULL;
	
	return true;

}

 

 

REF:

郝斌老师课堂笔记