單鏈表概述
單向鏈表（單鏈表）是鏈表的一種，其特點是鏈表的鏈接方向是單向的，對鏈表的訪問要通過順序讀取從頭部開始。
從概念上講，可以把鏈表想象成一系列連續的元素，然而，由於這些元素是動態分配的（C語言中使用malloc），切記這些元素通常實際上都是分散在內存空間的
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單鏈表的接口定義：
1、list_init
void list_init(List *list, void (*destroy)(void *data));
返回值 void
描述 初始化由參數list指定的鏈表，該函數必須在鏈表做其他操作之前調用，當調用list_destroy時，destroy參數提供了一種釋放動態分配數據的方法。如果鏈表采用malloc動態分配的數據，destroy應該設置為free來釋放這些數據
復雜度 O(1)
2、list_destroy
void list_destroy(List *list);
返回值 void
描述 銷毀由參數list指定的鏈表，調用該函數以后任何函數都不能再執行，除非重新執行list_init函數。list_destroy將list中的所有元素都移除，每移除一個元素都會調用此函數
復雜度 O(n) n為鏈表元素的個數
3、list_ins_next
int list_ins_next(List *list, ListElmt *element, const void *data);
返回值 如果插入元素成功返回0，否則返回-1
描述 在指定的list的element元素后面插入一個元素，如果element為NULL，則在鏈表的頭部插入新的元素，該元素包含一個指向data的指針
復雜度 O(1)
4、list_rem_next
int list_rem_next(List *list, ListElmt *element, void **data);
返回值 如果移除元素成功返回0，否則返回-1
描述 移除在指定的list的element后面的那個元素，如果element為NULL，則移除鏈表的頭元素，調用返回后，data指向已經移除元素的數據
復雜度 O(1)
5、list_size
int list_size(const List *list);
返回值 如果list中元素的個數
描述 這是一個宏，用來計算指定list中元素的個數
復雜度 O(1)
6、list_head
ListElmt *list_head(const List *list);
返回值 指向鏈表頭元素的指針
描述 這是一個宏，返回由參數list指定的鏈表頭元素的指針
復雜度 O(1)
7、list_tail
ListElmt *list_tail(const List *list) ((list)->tail);
返回值 指向鏈表尾元素的指針
描述 這是一個宏，返回由參數list指定的鏈表尾元素的指針
復雜度 O(1)
8、list_is_head
int list_is_head(const ListElmt *element);
返回值 如果element元素是鏈表頭元素返回1，否則返回-1
描述 這是一個宏，用來判斷element元素是否是list的頭元素
復雜度 O(1)
9、list_is_tail
int list_is_tail(const ListElmt *element);
返回值 如果element元素是鏈表尾元素返回1，否則返回-1
描述 這是一個宏，用來判斷element元素是否是list的尾元素
復雜度 O(1)
10、list_data
void *list_data(const ListElmt *element);
返回值 結點中保存的數據
描述 這是一個宏，返回由element元素中保存的數據
復雜度 O(1)
11、list_next
ListElmt *list_next(const ListElmt *element) ;
返回值 返回element所指定結點的下一個結點
描述 這是一個宏，返回鏈表中element所指定結點的下一個結點
復雜度 O(1)
單鏈表的實現和分析
抽象數據類型的頭文件（list.h）：
#ifndef LIST_H #define LIST_H #include <stdlib.h> //為單鏈表的結點定義一個結構體. typedef struct ListElmt_ { void *data; //數據域 struct ListElmt_ *next; //指針域 } ListElmt; //為單鏈表定義一個結構體. typedef struct List_ { int size; //容量 int (*match)(const void *key1, const void *key2); //匹配函數 void (*destroy)(void *data); //撤銷操作 ListElmt *head; //頭指針 ListElmt *tail; //尾指針 } List; //公共接口 void list_init(List *list, void (*destroy)(void *data)); void list_destroy(List *list); int list_ins_next(List *list, ListElmt *element, const void *data); int list_rem_next(List *list, ListElmt *element, void **data); #define list_size(list) ((list)->size) #define list_head(list) ((list)->head) #define list_tail(list) ((list)->tail) #define list_is_head(list, element) ((element) == (list)->head ? 1 : 0) #define list_is_tail(element) ((element)->next == NULL ? 1 : 0) #define list_data(element) ((element)->data) #define list_next(element) ((element)->next) #endif
初始化單鏈表：
void list_init(List *list, void (*destroy)(void *data)) { //初始化list list->size = 0; list->destroy = destroy; //設置為定義的析構函數 list->head = NULL; list->tail = NULL; return; }
回收單鏈表：
void list_destroy(List *list) { //移除每一個元素 while (list_size(list) > 0) { if (list_rem_next(list, NULL, (void **)&data) == 0 && list->destroy != NULL) { //不斷地移除鏈表的頭結點 list->destroy(data); //調用一個用戶定義的函數來釋放動態分配的數據. } } //現在沒有操作了,釋放結構體作為預防措施 memset(list, 0, sizeof(List)); return; }
插入新節點作為指定結點的直接后繼結點:
int list_ins_next(List *list, ListElmt *element, const void *data) { ListElmt *new_element; //為結點動態分配存儲空間 if ((new_element = (ListElmt *)malloc(sizeof(ListElmt))) == NULL) //假如分配失敗 return -1; // 將元素插入鏈表 new_element->data = (void *)data; if (element == NULL) { //插入到鏈表的頭部 if (list_size(list) == 0) list->tail = new_element; new_element->next = list->head; list->head = new_element; } else { //插入到除了鏈表頭部以外指定的其他地方 if (element->next == NULL) list->tail = new_element; new_element->next = element->next; element->next = new_element; } list->size++; //表長增加 return 0; }
刪除指定結點的直接后繼結點:
int list_rem_next(List *list, ListElmt *element, void **data) { ListElmt *old_element; //不允許從一個空的list中移除元素. if (list_size(list) == 0) return -1; // 從list中移除元素. if (element == NULL) { // 移除表頭的結點. *data = list->head->data; old_element = list->head; list->head = list->head->next; if (list_size(list) == 1) //如果list只有一個元素，則直接刪除尾結點 list->tail = NULL; } else { // 移除非頭結點. if (element->next == NULL) return -1; *data = element->next->data; old_element = element->next; element->next = element->next->next; if (element->next == NULL) //移除指定結點后，后繼為NULL，則用尾結點指向 list->tail = element; } //釋放分配的抽象數據類型. free(old_element); //調整list的長度. * list->size--; return 0; }
注意：list_size、list_head、list_tail、list_is_head、list_is_tail、list_data、list_next 這些宏實現了鏈表中的一些簡單操作，它們提供了快速訪問和檢測結構體成員的能力。這些操作的時間復雜度都是O(1)
完整的測試代碼如下：
// Completed on 2014.10.22 21:00 // Language: C99 // // 版權所有（C）codingwu (mail: oskernel@126.com) // 博客地址：http://www.cnblogs.com/archimedes/ #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include "list.h" static void print_list(const List *list) { ListElmt *element; int *data, i; fprintf(stdout, "List size is %d\n", list_size(list)); i = 0; element = list_head(list); while (1) { data = list_data(element); fprintf(stdout, "list[%03d]=%03d\n", i, *data); i++; if (list_is_tail(element)) break; else element = list_next(element); } return; } int main(int argc, char **argv) { List list; ListElmt *element; int *data, i; //初始化list list_init(&list, free); element = list_head(&list); for (i = 10; i > 0; i--) { if ((data = (int *)malloc(sizeof(int))) == NULL) return 1; *data = i; if (list_ins_next(&list, NULL, data) != 0) //逐個插入元素 return 1; } print_list(&list); //打印初始list element = list_head(&list); //指向頭結點 for (i = 0; i < 7; i++) element = list_next(element); data = list_data(element); fprintf(stdout, "Removing an element after the one containing %03d\n", *data); if (list_rem_next(&list, element, (void **)&data) != 0) //刪除指定結點 return 1; print_list(&list); fprintf(stdout, "Inserting 011 at the tail of the list\n"); *data = 11; if (list_ins_next(&list, list_tail(&list), data) != 0) //插入指定結點 return 1; print_list(&list); fprintf(stdout, "Removing an element after the first element\n"); element = list_head(&list); if (list_rem_next(&list, element, (void **)&data) != 0) return 1; print_list(&list); fprintf(stdout, "Inserting 012 at the head of the list\n"); *data = 12; if (list_ins_next(&list, NULL, data) != 0) return 1; print_list(&list); fprintf(stdout, "Iterating and removing the fourth element\n"); element = list_head(&list); element = list_next(element); element = list_next(element); if (list_rem_next(&list, element, (void **)&data) != 0) return 1; print_list(&list); fprintf(stdout, "Inserting 013 after the first element\n"); *data = 13; if (list_ins_next(&list, list_head(&list), data) != 0) return 1; print_list(&list); i = list_is_head(&list, list_head(&list)); fprintf(stdout, "Testing list_is_head...Value=%d (1=OK)\n", i); i = list_is_head(&list, list_tail(&list)); fprintf(stdout, "Testing list_is_head...Value=%d (0=OK)\n", i); i = list_is_tail(list_tail(&list)); fprintf(stdout, "Testing list_is_tail...Value=%d (1=OK)\n", i); i = list_is_tail(list_head(&list)); fprintf(stdout, "Testing list_is_tail...Value=%d (0=OK)\n", i); fprintf(stdout, "Destroying the list\n"); list_destroy(&list); return 0; }