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線性表的鏈式存儲結構
鏈表
單鏈表的特點：
1）將數據封裝成結點，由結點組成的線性表；
2）通過結點的指針域將結點連接到一起；
3）結點的內存空間不一定時連續的，但邏輯上是連續的；
4）有一個頭指針指向第一個數據元素；
5）鏈表是線性表的一種，是線性表的鏈式存儲結構的實現。
其中，鏈表中每個結點只有一個指針域指向后繼結點，這種鏈表稱為單鏈表或線性鏈表
單鏈表的結構：
頭結點：為了處理方便，會在鏈表的第一個元素前增加一個頭結點，該結點的數據域中不存儲線性表的數據元素，其作用是為了對鏈表進行操作時，可以對空表、非空表的情況以及對首元結點進行統一處理。
尾結點：最后一個結點的指針域為空指針
首元結點：鏈表中存儲第一個數據元素的結點。如上圖中data1結點。
頭指針：通常用head名稱定義，指向鏈表中第一個結點的指針，有頭結點時指向頭結點，若鏈表設計時不設頭結點，則指向首元結點。
單鏈表的定義
通過單鏈表的頭指針可以完成單鏈表的所有操作，而單鏈表的結點有兩個必須的屬性：
1）數據元素信息：節點中的數據元素基本信息；
2）指針域：結點之間通過指針進行邏輯關聯。用來存儲下一個結點的地址。
由此可定義出線性表的鏈式存儲的結構體類型：
typedef int ElementType;//鏈表中元素的類型，根據實際情況而定，此處以int為例
//單鏈表結構體定義
typedef struct link_node{
ElementType data;//結點的數據域
stuct link_node *next;//結點的指針域：(此時結構體尚未定義完整，不能用 NODE *next; )用該結構體類型定義一個指針，用來指向下一個結點的地址
}LINK_NODE,*LINK_LIST;
注意這里的定義，按照前面的分析，實際上只需要有LINK_NODE類型定義就行了，我們可以通過定義LINK_NODE *head 來定義一個頭指針，但為了提高程序的可讀性，在用typedef定義單鏈表時起了兩個別名，分別為LINK_NODE和LINK_LIST，而實際上LINK_LIST就是struct link_node * ，因此在定義單鏈表時可以定義為：
LINK_LIST list;
或者
LINK_NODE *list
當然，這里的list其實就是頭指針head；
單鏈表的初始化操作：
該步驟主要是為了完成頭結點的創建以及相關指針的置空（下一結點）
1、先通過malloc給頭結點分配空間
2、判斷內存是否分配失敗，失敗返回0
3、頭結點的next指針置空：（*L)->next = NULL；
4、操作結束，返回1
int init_list(LINK_LIST *L){//在函數內部去修改函數外部數據時要用指針
*L = (LINK_NODE *)malloc(sizeof(LINK_NODE));//分配頭結點空間
if (*L ==NULL)//如果內存分配失敗
{
return 0;
}
(*L)->next = NULL;//頭結點的next置為空
return 1;
}
獲取單鏈表的長度：
計算單鏈表中有效數據結點的個數（不包含頭結點）
1、定義變量length，用來統計有效結點個數；
2、定義tmp指針指向首元結點，首元結點為頭結點的下一結點：LINK_NODE *tmp = L->next;
3、通過while循環計算有效結點個數，循環條件：tmp指針為非空結點：tmp!=NULL
4、循環體內為length自增，tmp指針指向下一結點
5、返回長度length
int get_length(LINK_LIST L) {//這里不需要修改鏈表，直接用形參操作
int length = 0;
LINK_NODE *tmp = L->next;//從首元結點開始，而非頭結點
while (tmp!=NULL)
{
length++;
tmp = tmp->next;//指針指向下一個結點
}
return length;
}
單鏈表的遍歷操作：
1、先定義一個指針指向首元結點
2、通過while循環實現遍歷，循環條件為 tmp！=NULL，即鏈表為非空或tmp指針沒有超出鏈表范圍
3、打印數據域中tmp->data；
4、將tmp指針指向下一結點，實現循環，當tmp指向尾結點時，即tmp->next==NULL，在下一個循環開始時跳出循環
void show(LINK_LIST L) {
LINK_NODE *tmp = L->next;//從首元結點開始，而非頭結點
while (tmp != NULL)
{
printf("%d", tmp->data);//注意輸出數據類型，這里以int為例
if (tmp->next!=NULL)
{
printf(",");
}
else {
printf("\n");//對最后一個結點數據輸出后不加逗號處理
}
tmp = tmp->next;//將指針指向下一個結點
}
}
單鏈表插入操作
1、定義一個p_insert指針指向頭結點，用來存儲待插入結點的前一個結點
2、判斷插入位置 i 是否合理：即1< i < get_length(L) +1 (這里長度+1是將新結點插在末尾)
3、通過for循環移動p_insert指針,將p_insert指針指向插入位置 i 的前一個結點
4、創建新結點p_new，並給新結點分配空間。這里可以添加一個判斷，如果空間分配失敗，則返回0
5、給新結點的數據域賦值：p_new->data = e;
6、將第 i -1個結點所在地址（即 p_insert->next）賦值給新結點的next指針：p_new->next = p_ins->next;
7、將新結點的地址賦值給前一結點的next指針：p_insert->next = p_new;
//單鏈表的插入操作
int insert(LINK_LIST L,int i,ElementType e) {
LINK_NODE *p_ins = L;//先定義一個指針指向頭結點
//
if (i<1||i>get_length(L)+1)
{
return 0;
}
for (int j = 0; j < i-1; j++)//循環中可能會使得指針指向空，則意味着插入位置將會超過鏈表長度+1，使得操作失敗，
{
p_ins = p_ins->next;//將p_ins指向要插入結點的前一個結點
}
LINK_NODE *p_new = (LINK_NODE *)malloc(sizeof(LINK_NODE));
if (p_new ==NULL)//分配空間失敗，返回0
{
return 0;
}
p_new->data = e;//給數據域賦值
p_new->next = p_ins->next;//將新結點的next指向插入位置的原結點
p_ins->next = p_new;//將新結點鏈接到插入位置上
return 1;
}
單鏈表的刪除操作：
1、判斷刪除位置是否合理，不合理則返回0 ：1<i<get_length(L)
2、定義一個指針指向頭結點，用來存儲刪除位置的前一個結點的地址：LINK_NODE *p_prev = L;
3、定義待刪除結點的指針：LINK_NODE *p_del;
4、移動p_prev 指針，將指針指向刪除節點 i 的前一個結點所在位置
5、通過待刪除結點的前一結點 p_prev 給待刪除結點 p_del 賦值地址
6、跳過刪除結點，將待刪除結點的下一結點指針地址p_del->next賦值給前一個結點的下一結點指針p_prev->next
7、釋放待刪除結點的空間：free(p_del)，返回1，表示操作完成
//單鏈表的刪除操作
int delt(LINK_LIST L,int i) {
if (i<1||i>get_length(L))
{
printf("操作失敗，刪除位置不存在！");
return 0;//刪除失敗
}
LINK_NODE *p_prev = L;//previous 定義 前一個結點
LINK_NODE *p_del;//定義待刪除結點指針
for (int j = 0; j < i-1; j++)//移動i-1次，將prev指針指向要刪除結點 i 的前一個結點；
{
p_prev = p_prev->next;
}
p_del = p_prev->next;//通過待刪除結點的前一結點給待刪除結點賦值地址
p_prev->next = p_del->next;//跳過刪除結點，將待刪除結點的指針域賦值給前一結點的指針域
free(p_del);//釋放待刪除結點的空間
return 1;
}
單鏈表的修改操作
兩種方法，方法一：先創建一個新的結點，再將新結點覆蓋到需要需要修改的結點上，最后刪除舊結點；方法二：先找到要修改的結點，再直接修改該結點
int updata(LINK_LIST L,int i,ElementType e) {
if (i<1||i>get_length(L))//判斷是否空表或位置是否合理
{
printf("操作失敗，該位置不存在！");
return 0;
}
LINK_NODE *p_mod = L;//modify 定義指針指向頭結點。也可以指向首元結點，但要注意下面循環次數會發生變化
for (int j = 0; j < i;j++) {//因為頭指針指向頭結點，所以移動i次。若指向首元結點，則移動i-1次，條件改為j<i-1
p_mod = p_mod->next;//將指針指向需要修改的位置
}
p_mod->data = e;//直接修改目標結點的數據域
return 1;
}
單鏈表的查找操作
1、創建p_find指針指向起始節點
2、通過循環變臉查找，循環條件為p_find！=NULL；
3、判斷，如果當前指針指向結點的數據域與查找目標一致，返回當前結點的地址
4、p_find指針向后移一位，保證循環
5、跳出循環，返回NULL，說明未查找到數據
LINK_NODE *search(LINK_NODE *p_from,ElementType e) {//返回一個結點的指針
LINK_NODE *p_find = p_from;//指向起始結點
while (p_find!=NULL)//當前指向結點為有效結點
{
if(p_find->data==e){//當前指針指向結點的數據域與查找目標一致
//printf("已查找到目標數據！該數據地址為：0x%p\n",p_find);
return p_find;
}
p_find = p_find->next;//指針后移
}
printf("未找到該數據！\n");
return NULL;
}
至此，單鏈表的增刪改查結束。下面為調試的源碼：
源碼：
#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
typedef int ElementType;//鏈表中元素的類型，根據實際情況而定，這里以int為例
//單鏈表結構體定義：
typedef struct link_node {
ElementType data;//結點的數據域
struct link_node* next;//結點的指針域
}LINK_NODE,*LINK_LIST;//這里LINK_LIST和 next 類型一致，都是struct link_node*類型
/*（LINK_LIST本身就是指針,因此定義頭指針時可以直接這樣 LINK_LIST head;）
也可以這樣定義：LINK_NODE * head;
*/
//單鏈表的初始化操作：
//主要時為了完成頭結點的創建以及相關指針的置空
int init_list(LINK_LIST *L){//在函數內部去修改函數外部數據時要用指針
*L = (LINK_NODE *)malloc(sizeof(LINK_NODE));//分配頭結點空間
if (*L ==NULL)//如果內存分配失敗
{
return 0;
}
(*L)->next = NULL;//頭結點的next置為空
return 1;
}
//獲取單鏈表長度：計算單鏈表中有效數據結點個數（不包含頭結點）
int get_length(LINK_LIST L) {//這里不需要修改鏈表，直接用形參操作
int length = 0;
LINK_NODE *tmp = L->next;//從首元結點開始，而非頭結點
while (tmp!=NULL)
{
length++;
tmp = tmp->next;//指針指向下一個結點
}
return length;
}
//單鏈表的遍歷操作
void show(LINK_LIST L) {
LINK_NODE *tmp = L->next;//從首元結點開始，而非頭結點
while (tmp != NULL)
{
printf("%d", tmp->data);//注意輸出數據類型，這里以int為例
if (tmp->next!=NULL)
{
printf(",");
}
else {
printf("\n");//對最后一個結點數據輸出后不加逗號處理
}
tmp = tmp->next;//將指針指向下一個結點
}
}
//單鏈表的插入操作
int insert(LINK_LIST L,int i,ElementType e) {
LINK_NODE *p_ins = L;//先定義一個指針指向頭結點
//
if (i<1||i>get_length(L)+1)
{
return 0;
}
for (int j = 0; j < i-1; j++)//循環中可能會使得指針指向空，則意味着插入位置將會超過鏈表長度+1，使得操作失敗，
{
p_ins = p_ins->next;//將p_ins指向要插入結點的前一個結點
}
LINK_NODE *p_new = (LINK_NODE *)malloc(sizeof(LINK_NODE));
if (p_new ==NULL)//分配空間失敗，返回0
{
return 0;
}
p_new->data = e;//給數據域賦值
p_new->next = p_ins->next;//將新結點的next指向插入位置的原結點
p_ins->next = p_new;//將新結點鏈接到插入位置上
return 1;
}
//單鏈表的刪除操作
int delt(LINK_LIST L,int i) {
if (i<1||i>get_length(L))
{
printf("操作失敗，刪除位置不存在！");
return 0;//刪除失敗
}
LINK_NODE *p_prev = L;//previous 定義 前一個結點
LINK_NODE *p_del;//定義待刪除結點指針
for (int j = 0; j < i-1; j++)//移動i-1次，將prev指針指向要刪除結點 i 的前一個結點；
{
p_prev = p_prev->next;
}
p_del = p_prev->next;//通過待刪除結點的前一結點給待刪除結點賦值地址
p_prev->next = p_del->next;//跳過刪除結點，將待刪除結點的指針域賦值給前一結點的指針域
free(p_del);//釋放待刪除結點的空間
return 1;
}
//單鏈表的修改操作
/*一：先刪除，再插入
1、先新建一個新結點
2、給新結點賦值
3、刪除要修改的結點
4、將新結點插入到刪除結點的位置上
二：
1、找到要修改的結點
2、直接修改該結點
*/
int updata(LINK_LIST L,int i,ElementType e) {
if (i<1||i>get_length(L))//判斷是否空表或位置是否合理
{
printf("操作失敗，該位置不存在！");
return 0;
}
LINK_NODE *p_mod = L;//modify 定義指針指向頭結點。也可以指向首元結點，但要注意下面循環次數會發生變化
for (int j = 0; j < i;j++) {//因為頭指針指向頭結點，所以移動i次。若指向首元結點，則移動i-1次，條件改為j<i-1
p_mod = p_mod->next;//將指針指向需要修改的位置
}
p_mod->data = e;//直接修改目標結點的數據域
return 1;
}
//單鏈表的查找操作
LINK_NODE *search(LINK_NODE *p_from,ElementType e) {//返回一個結點的指針
LINK_NODE *p_find = p_from;//指向起始結點
while (p_find!=NULL)//當前指向結點為有效結點
{
if(p_find->data==e){//當前指針指向結點的數據域與查找目標一致
//printf("已查找到目標數據！該數據地址為：0x%p\n",p_find);
return p_find;
}
p_find = p_find->next;//指針后移
}
printf("未找到該數據！\n");
return NULL;
}
int main() {
LINK_LIST list = NULL;//list為指針
//創建單鏈表
init_list(&list);
//調用插入函數
//int rlt = insert(list,2,1);//rlt:0 第一個位置沒有元素，不能插入到第二個位置，
insert(list,1,1);
insert(list, 2, 2);
insert(list, 3, 3);
insert(list, 1, 4);
insert(list, 3, 5);
insert(list, 2, 99);
insert(list, 3, 99);
show(list);
//調用刪除函數
int rlt1 = delt(list,6);
printf("rlt = %d\n",rlt1);
show(list);
int rlt2 = delt(list, 4);
printf("rlt2 = %d\n", rlt2);
show(list);
//調用修改函數
int rlt3 = updata(list,0,100);
printf("rlt3 = %d\n",rlt3);
int rlt4 = updata(list, 5, 100);
printf("rlt4 = %d\n", rlt4);
updata(list,1,99);
show(list);
updata(list, 2, 100);
show(list);
//調用查詢函數
LINK_NODE *p_rlt1 = search(list, 88);
LINK_NODE *p_rlt2 = search(list,100);
LINK_NODE *p_rlt3 = list;
int index = 0;
while (1)//循環查找所有重復數據
{
p_rlt3 = search(p_rlt3->next,99);//從上一個找到的結點開始查詢
if (p_rlt3==NULL)
{
break;
}
index++;
printf("已查找到第%d個數據的地址為0x%p\n",index,p_rlt3);
}
index = 0;
return 0;
}