數據結構之鏈表C語言實現以及使用場景分析


牢騷:本篇博客兩個星期前已經存為草稿,鑒於發生一些糟糕的事情,今天才基本完成。本人6月份應屆畢業生一枚,畢業后當天來到帝都,之后也非常順利,面試了倆家公司都成功了。一家做C++方面電商ERP,一家做wifi模塊,覺得第二家公司小,薪資低,但是覺得好玩就去了。同時,在學校也喝了不少雞湯,覺得公司小怎么了。然而去了不到20天,公司被深圳一家公司收購了,公司動員我去深圳,我尼瑪我才來20多天啊,有木有?而且感覺公司做這么大的決定都是隨時拍板的嗎?

原本以為一個公司的生命力強到可以忽略的概率,然而當自己真實的遇到這一切,才知道這個社會有多殘忍,公司的生存可能比一個員工的生存更要困難。

接下來就是找工作了,跑呀,找呀。。。。。。。。           一路被忽略,一路被放鴿子,一路被無視。。。。。。。   心里五味雜陳。。。。。。。。。

so,可能我還是太菜了,這種玩計算機的心態,也許會被生活玩,唯有認真拼命的學習也許能夠拯救我的頹勢。

感謝seven,嚴厲也好,鼓勵也好,短短的一個月,您教會了我許多,感謝您的知遇之恩!願你們去深圳一切順利!待倔強的我在北京玩上一陣!

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鏈表是數據結構中比較基礎也是比較重要的類型之一,那么有了數組,為什么我們還需要鏈表呢!或者說設計鏈表這種數據結構的初衷在哪里?

這是因為,在我們使用數組的時候,需要預先設定目標群體的個數,也即數組容量的大小,然而實時情況下我們目標的個數我們是不確定的,因此我們總是要把數組的容量設置的很大,這樣以來就浪費了很多的空間。另外,數組在進行插入操作和刪除操作的時候,在插入或者刪除制定元素之后,我們往往需要進行循環移位,這增加了我們的線性開銷。

正是由於以上的兩種主要原因,鏈表被設計出來用於一般表的操作。為了避免上面描述數組的兩種弊端,我們希望鏈表有一下的特點

1 可以靈活的擴展自己的長度。

2 存儲地址不連續,刪除或者插入操作的時候不需要循環移位。

要實現以上兩個特點,我們需既要保證每個節點的獨立性,又要保存相鄰兩個節點的聯系。

為此,鏈表一般被設計為下面的形式。

Node--->Node---->Node

鏈表是由一個一個的節點組成的,可以方便和自由的插入未知個Node,前一個節點中用指針保存着下一個節點的位置,這樣以來便順利的完成了我們對鏈表的兩點期望,但是唯一的缺點是增加了額外的空間消耗。

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鏈表的定義:

鏈表的定義一般使用結構體,在看《數據結構與算法分析》這本書的時候發現,書中頻繁的使用typedef的關鍵字,結果真的很棒不僅保持的代碼的整潔程度,也讓我們在下面的編碼過程中少見了很多煩人的指針(當然指針還是一直存在的)。所以這里也借用了書中的定義方法。

struct Node;
typedef struct Node* PtrNode;
typedef PtrNode Position;
typedef PtrNode List;
struct Node{
        int Value;
        PtrNode Next;
};

下面接着書寫一個建立鏈表的函數,輸入每個節點的值,直到這個值是-1的時候函數結束。

在這個里面,我以前一直搞不明白為什么需要定義三個Node *,現在終於了解了,最終還是復習了指針的內容明白的,這里說一下指針實現鏈表對指針的操作很頻繁,需要比較扎實的掌握了指針之后,在來看鏈表會輕松很多。在下面的一段程序里,我分別定義了head/p/tmp這三個指向節點結構體的指針,head的主要作用就像一個傳銷頭目,他會主動聯系上一個下線p,然后他就什么也不干了,p接着去發展一個又一個的下線tmp,結果一串以head為首的鏈表就出來了。

起先,我總覺得有了head,為什么還要p,這是因為如果直接使用head去指向下一個節點,head的位置也是不斷在移動的,即它永遠處於鏈表的尾端,這樣當我們返回鏈表的時候,其實是空值。所以,我們需要p這個中轉環節。(其實,這種做法在指針中非常普遍,大部分有返回指針類型的函數中,都會首先定義一個指針變量來保存函數的傳入的參數,而不是對參數直接進行操作)。

 

/*
        函數功能:創建一個鏈表
        函數描述:每次輸入一個新的整數,即把新增加一個節點存放該整數,
        當輸入的整數為-1時,函數結束。
*/
List create()
{
        int n=0;
        Position p,head,tmp;
        head=NULL;
        tmp=malloc(sizeof(struct Node));
        if(tmp==NULL)
        {
                printf("tmp malloc failed!\n");
                return NULL;
        }
else
        {
                p=tmp;
                printf("please input the first node's message!\n");
                scanf("%d",&(tmp->Value));
        }
        while(tmp->Value!=-1)
        {
                n+=1;
                if(n==1)
                {
                        head=p;
                        tmp->Next=NULL;
                }
                else
                {
                        p->Next=tmp;
                }
                p=tmp;
                tmp=malloc(sizeof(struct Node));
                printf("please input the %d node!\n",n+1);
                scanf("%d",&(tmp->Value));
        }
        p->Next=NULL;
        free(tmp);  //free函數free掉的只是申請的空間,但是指針還是依然存在的。
        tmp=NULL;
        return head;

}

接下來,在寫一個刪除鏈表節點的函數,輸入一個整數然后遍歷鏈表節點,當鏈表節點的值與該整數相等的時候,即把該節點刪除。

在完成這個函數首先一定要把這個過程思考清楚,不可否認我之前是一個上來就敲代碼的人,看了《劍指offer》感覺這種習慣是程序員的大忌,甚至還想寫一篇博客,名字都想好了《程序員的自我修養之思考在前,代碼在后》。其實想想也是,我們寫程序的目的是為了解決問題,而不是為了簡單的寫程序,純粹的讓程序跑起來大概只會在上學那會存在吧!真實的程序開發中需要考慮幾乎所有 能想到的實際問題,所以無論程序再下,一要學會先思考清楚,再下筆寫程序。

關於這個函數,我們要想到的是:

1 如果鏈表為空,我們該怎么做,當然是直接返回。

2 如果要刪除的元素為頭節點該怎么辦?

3 如果要刪除的元素為尾節點該怎么辦?

當注意到以上三個部分,我們的程序就可能避免掉了輸入鏈表為空,程序直接崩潰的現象,也可以避免刪除元素值為頭節點時刪不掉的尷尬。我們的程序就有了一定的魯棒性。

下面着重考慮鏈表的刪除的實現:

list:      Node_a->Node_b->Node_c->Node_d;

               list        tmp         p

 

   ------->              tmp->Next=p->Next;

 

 

list:       Node_a->Node_b----------->Node_d

                                      free(p)

假設我們要刪除的節點為上圖的Node_c;假設我們能夠找到Node_c的前一個位置tmp和被刪除節點位置p的話;這個時候我們只需要執行tmp->Next=p->Next即可。

只要完成上面的分析以及考慮到各種情況,我們完成下面的代碼就水到渠成了。

/*
函數功能:刪除鏈表中指定值的節點(如果存在多個,只刪除第一個)
本例中輸入一個整數,刪除鏈表節點值為這個整數的節點。
*/
List DeleteNode(List list)
{
        Position p,tmp;
        int value;
        if(list==NULL)
        {
                printf("The list is null,function return!\n");
                return NULL;
        }
        else
        {
                printf("please input the delete Node's value:\n");
                scanf("%d",&value);
        }
        p=list;
       if(p->Value==value)
        {
                list=p->Next;
                free(p);
                p=NULL;
                return list;
        }
        while(p!=NULL&&p->Value!=value)
        {
                tmp=p;
                p=p->Next;
        }
        if(p->Value==value)
        {
                if(p->Next!=NULL){
                        tmp->Next=p->Next;
                }
                else
                {
                        tmp->Next=NULL;
                }
                free(p);
                p=NULL;
        }
        return list;

}
        

 關於鏈表的使用場景分析:

鏈表在程序開發中用到的頻率還是非常高的,所以在高級語言中往往會對鏈表進行一些實現,比如STL中list以及Java中也有類似的東西。在目前的服務器端開發,主要運用鏈表來接收一些從數據中取出來的數據進行處理。

即使你不知道鏈表的底層實現,仍然可以成功的運用STL里面的現成的東西。但是作為一個學習者,我覺得會使用和從底層掌握仍然是兩個不同的概念,linux之父說:“talk is less,show you code”。

以下的程序,用鏈表模擬了一個電話通訊錄的功能,包括添加聯系人,查找聯系人,以及刪除聯系人。

PS:關於魯棒性,程序中最大的危險是使用了gets這個函數,目前先保留使用gets,等待找到工作之后在做進一步的程序完善。

 

/**************************************************************************
Programe: 
    This is a phone list write by list
    The programe is just prictise for list
Author: heat nan
Mail:964465194@qq.com
Data:2015/07/27
**************************************************************************/
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#define N 25
#define M 15
struct node;
typedef struct node* p_node;
typedef p_node List;
typedef p_node Position;
typedef struct node** PList;
struct node{
    char name[N];
    char number[M];
    Position next;
};
int JudgeNameExist(List list,char* name);
void AddPerson(PList list);
void PrintList(List list);
List FindPerson(List list);
List FindPersonByName(List list,char* name);
int AddPersonByName(PList list,List node);
int DeletePersonByName(PList list,char* name);
void DeletePerson(PList list);
int main()
{
    List list=NULL;
    Position p;
    char cmd[100];
        while(1)
    {
        printf("                    MAIN                 \n");
        printf("       ******* 1 add a person        *******\n");
        printf("       ******* 2 show the phone list *******\n");
        printf("       ******* 3 find  from phone list *******\n");
        printf("       ******* 4 delete from phone list *******\n\n\n");
        printf("Please input the cmd number:\n");
        gets(cmd);
        switch(cmd[0])
        {
            case '1':
                AddPerson(&list);
                break;
            case '2':
                PrintList(list);
                break;
            case '3':
                FindPerson(list);
                break;
            case '4':
                DeletePerson(&list);
                break;
            default:    
                printf("wrong cmd!\n");
                break;
            
        }
        
    }
    return 0;
}
/*
    Function:判斷要添加的聯系人名稱是否已經存在於電話簿中.
    Input:   List 電話列表,name 要添加的聯系人的姓名.
    Return:  已經存在返回1,不存在返回0.
*/
int JudgeNameExist(List list,char* name)
{
    if(FindPersonByName(list,name)!=NULL)
        return 1;
    else
        return 0;
}
/*
    Function:根據輸入的姓名查找聯系人的信息節點
    Input:   要輸入的電話列表list,姓名name
    Return:  返回查找到的節點
*/
List FindPersonByName(List list,char* name)
{
    while(list!=NULL)
    {
        if(strcmp(list->name,name)==0)
            break;
        list=list->next;
    }
    return list;
}
/*
    Function:根據姓名添加新的聯系人到聯系人列表
    Input:   指向聯系人列表地址的指針, 新用戶節點
    Return:  添加成功返回1,添加失敗返回0
*/
int AddPersonByName(PList list,List node)
{
    if(node==NULL)
    {
        printf("the node is NULL!\n");
        return 0;
    }
    if(*list==NULL)
    {
        *list=node;
        return 1;    
    }
    List pHead=*list;
    while(pHead->next!=NULL)
        pHead=pHead->next;
    pHead->next=node;
    return 1;
}
void AddPerson(PList list)
{
    Position tmp;
    Position p_head;
    tmp=(struct node*)malloc(sizeof(struct node));
    char name[N];
    char number[M];
    if(tmp==NULL)
    {    
        printf("malloc the tmp node failed in function add person!\n");
    }
    else
    {
        
        printf("please input the name:\n");
        gets(name);
        printf("please input the number:\n");
        gets(number);
        strcpy(tmp->name,name);
        strcpy(tmp->number,number);
        tmp->next=NULL;        
    }
    if(JudgeNameExist(*list,name)==1)
    {
        free(tmp);
        printf("the name have already exist!\n");
        return;
    }
    AddPersonByName(list,tmp);
}
/*
    Function: 打印聯系人列表
    Input:   聯系人列表
    
*/
void PrintList(List list)
{
    Position show;
    show=list;
    if(show==NULL)
    {
        return ;
    }
    printf("Now,we print the phone list:\n");
    while(show!=NULL)
    {
        printf("Name:%s  Number:%s\n",show->name,show->number);
        show=show->next;
    }

}
List FindPerson(List list)
{
    char name[N];
    Position pHead=list;
    printf("please input the name you will find:\n");
    gets(name);
        Position node=FindPersonByName(list,name);

    if(node!=NULL)
    printf("find success! name-> %s number-> %s\n",node->name,node->number);
    else
    printf("find failed!\n");
    return node;
}
/*
    Function:根據姓名刪除聯系人
    Input:  指向聯系人地址的指針,聯系人姓名
    Output: 刪除成功返回1,失敗返回0
*/
int DeletePersonByName(PList list,char* name)
{
    if(*list==NULL||name==NULL)
        return 0;
    List pHead=*list;
    if(strcmp(pHead->name,name)==0)
    {
        *list=pHead->next;
        free(pHead);
        pHead->next==NULL;
        return 0;
    }
    List tmp=pHead->next;
    while(tmp!=NULL)
    {
        if(strcmp(tmp->name,name)==0)
        {
            pHead->next=tmp->next;
            free(tmp);
            tmp->next=NULL;
            return 1;
        }
        pHead=tmp;
        tmp=tmp->next;
    }
return 0;
    
}
void DeletePerson(PList list)
{
    List pHead=*list;
    if(pHead==NULL)
    {
        printf("there is no person you can delet\n");
        return ;
    }
    char name[N];
    printf("please input the name:\n");
    gets(name);
    DeletePersonByName(list,name);
}

 


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