链式存储【C语言单链表】

文章目录

单链表
- 单链表的结构
- 需要的头文件
- 申请节点
- 单链表尾插
- 单链表头插
- 单链表尾删
- 单链表头删
- 单链表查找
- - 单链表在(pos之前/pos之后)插入数据
  - 单链表删除(pos/pos之后)数据
- 单链表销毁
- 单链表的缺点
- - 结尾

单链表

开局迫害下顺序表：

第一、顺序表因为地址是连续的，所以当扩容空间给小了，会出现频繁扩容的问题，而realloc有可能会异地扩容，时间开销就会比较大。当空间给大用不完时还有空间浪费的问题。
第二、假设使用顺序表时，有一次入了100个数据，那么顺序表至少会被占用100个空间的大小，但有一次100个数据里我有99个不用了，删掉了99个数据，只保留了1个数据。那后面99个数据的地址空间依然不会被销毁，有点占着茅坑不拉翔的意思，面对这种情况造成的空间浪费问题就非常恶心。

那么为了解决顺序表的空间浪费的问题，有人就想：如果我用一个数据开一块空间，当我不想使用了就把它释放了，这不就没有空间浪费了吗？本着这种思想，链表就诞生了，链表有8种类型的结构，其中链表中结构最简单的就属单链表了，那么这篇文章的主角就是讲单链表。

单链表的结构

单链表是由数据和一个后继指针两个成员组成的结构体。数据主要用来存放某个数据类型的数据，由于malloc的节点不一定是连续的，而是随机的在堆区找一块空闲的空间，所以链表需要用一个后继指针来存放链表下一个数据位置的地址，从而才能找到下一个节点。每个数据我们都可以称为一个节点(结点)。为了知道链表从哪里开始我们还需要用到一个头结点，有头结点记录链表开始位置就可以找到其他的结点。（下图黑猫警长的鼩鼱(qú jīng)）橘猫抓住了一只鼩鼱就揪出了一群鼩鼱。
在逻辑结构上，单链表就类似于现实生活的火车一样，每节车厢都是由车厢之间的车钩连接着一样，如果车钩断了就不能去到下一节车厢。

单链表结构体。

// 为了方便修改数据类型,对类型重命名
typedef int SLTDateType;
typedef struct SListNode
{SLTDateType data;struct SListNode* next;
}SListNode;

需要的头文件

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

申请节点

因为尾插和头插都需要malloc结点，干脆将它封装成一个函数使用更加方便。怎么实现全在码里：

// 申请一个结点
SListNode* BuySListNode(SLTDataType x)
{SListNode* newnode = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode));// 申请失败assert(newnode);// 数据初始化newnode->data = x;newnode->next = NULL;return newnode;
}

单链表尾插

单链表不需要初始化，当想插入元素时直接传一个SListNode类型的空指针就可以了。
注意：因为SListNode传的是链表的头结点，要改变头指针的指向时要用到二级指针。

有些C语言的书上函数参数会这么写：

void SListPushBack(SListNode*& pplist, SLTDateType x)

球球了，这是C++的写法，这里的 & 不是取地址，不是取地址，不是取地址，谢谢！！！是C++的引用，引用是对plist这个指针取的一个别名，就相当于这个指针的一个小名，这里也不多讲，了解下就行，C语言是不存在这种写法的。

C语言正确的传参应该是传二级指针，其实传二级指针也只是为了能改变头结点的指向。其他情况，后继节点都可以通过头结点找到他们的位置，而不需要二级指针。

当个头结点为空时，表示一个结点都没有，此时对二级指针解一次引用就能找到头结点指针地址位置，对它修改才能影响实参。
当头结点不为空，说明链表至少有一个结点，找到链表的尾部后进行插入数据，插入完成。

动画演示

尾插代码

void SListPushBack(SListNode** pplist, SLTDataType x)
{// 取结点SListNode* newnode = BuySListNode(x);// 一个结点都没有if (*pplist == NULL){// 传二级的原因*pplist = newnode;}else{// 头结点的正常情况SListNode* tail = *pplist;while (tail->next){tail = tail->next;}tail->next = newnode;}
}

尾插时间复杂度
因为每次尾插都要找到最后一个结点的位置，也就是遍历链表，那么尾插的时间复杂度就是O(N)，如果结构体定义了一个尾指针记录下尾的位置，时间复杂度就是O(1)。定义尾指针也只是解决尾插的问题，不能解决尾删的问题。

单链表头插

单链表头插十分方便，申请一个新的结点，将后继指针连接当前头结点，再将头结点给新的结点，头插就算完了。
动画演示

// 单链表的头插
void SListPushFront(SListNode** pplist, SLTDataType x)
{SListNode* newnode = BuySListNode(x);newnode->next = *pplist;*pplist = newnode;
}

头插时间复杂度
链表头插一步到位，妥妥的O(1)。

单链表尾删

因为了链表地址的不连续，使单链表尾删不太方便，只能去遍历链表。
但是你以为单纯的遍历链表就完了吗？没有！ !
尾插要注意的几个小点

第一、当把最后一个结点给删除，是将原来向操作系统申请的空间还给了操作系统，但是这块空间依然存在。这会导致当把最后一个结点free掉之后，它的前一个结点的后继指针依然指向这块不合法的空间，下一次遍历链表时会有非法访问的问题。
所以在删除结点时，应该记录下最后一个结点的前一个结点，在删除最后一个结点时，还要将前一个结点的后继指针置空。
第二、遍历链表要找最后一个元素，需要一个前结点指针记录前一个结点位置，刚开始前结点不知道初始化什么，所以会将它先置空。
到这里问题就来了，如果链表只有一个元素，去遍历最后一个结点的条件必须是tail的下一个结点next不为空，当找到tail的next停下时，tail会停在最后一个结点才能把最后一个结点删除。因为链表只有一个结点时循环压根不会进去，前结点还是空指针，这时候对prev的next置空就造成了对空指针的非法访问。所以要对只有一个结点进行一个单独的处理。

动画演示
尾删代码

// 单链表的尾删
void SListPopBack(SListNode** pplist)
{if (*pplist == NULL){// 没有结点return;}else if ((*pplist)->next == NULL){//只有一个节点free(*pplist);*pplist = NULL;}else{// 一个以上结点SListNode* tail = *pplist;SListNode* prev = NULL;while (tail->next){prev = tail;tail = tail->next;}free(tail);prev->next = NULL;}
}

尾删时间复杂度
单链表尾删数据要找前结点只能去遍历链表，这也是为什么说即使有尾指针也没有办法去解决尾删的问题，遍历链表时间复杂度是O(N)。

单链表头删

单链表头删和后插一样舒服，把头结点给下一个就ok了，不用担心只有一个结点，就算只有一个结点头结点的下一个结点是空，一样把头结点给空刚好全部删完。
就是要注意如果链表已经是空了，就不能再删了，否则会对空指针解引用。
动画演示

头删代码

// 单链表头删
void SListPopFront(SListNode** pplist)
{if (*pplist == NULL){return;}SListNode* next = (*pplist)->next;free(*pplist);*pplist = next;
}

单链表查找

查找就没啥好说的了，遍历链表一个一个比较数据，数据相等返回结点，找不到返回空指针就行。查找也可以在找到之后直接对数据进行修改，所以修改也可以不独立成一个函数。
动画演示
查找代码

// 单链表查找
SListNode* SListFind(SListNode* plist, SLTDataType x)
{SListNode* cur = plist;while (cur){if (cur->data == x){// 数据相等返回结点return cur;}cur = cur->next;}// 找不到return NULL;
}

单链表在(pos之前/pos之后)插入数据

C++库里的单链表提供的就是InsertAfter，那么为什么不在pos之前插入?

如果要在pos之前插入数据。因为单链表只能向后查找，所以想要在pos前面插入数据就必须记录一个前结点，才能让前结点的后继指针指向的是新结点，让链表连接起来。要找到前结点就还要再去遍历一次链表。
还会带来两个问题：
第一、如果pos是尾结点，在pos之前插入还需要遍历链表，如果在后面插入就不会有这个问题。
第二、如果pos是头结点，要在pos之前插入就相当于一次头插，头插要改变头指针还要传二级指针，事情就麻烦起来了。
所以在pos之后插入肯定是在pos之前插入是要优的。

pos之前插入

void SListInsertAfter(SListNode** pplist, SListNode* pos, SLTDataType x)
{assert(pplist);assert(pos);if (*pplist == pos){// 头插SListPushFront(pplist, x);}else{// prev找posSListNode* prev = *pplist;while (prev->next != pos){prev = prev->next;}SListNode* newnode = BuySListNode(x);SListNode* next = prev->next;prev->next = newnode;newnode->next = next;}
}

InsertAfter主要配合于Find函数，在pos之后插入也会比较舒服，不必考虑找不到前结点找不到的问题，可以直接传结点。
方式一、先用指针记录下pos结点的next，然后连接链表，这种方式优势在于不用考虑先后的顺序问题。
方式二、必须先让newnode的next先指向pos的next，才能保证能找到之后的结点，才能让pos连接newnode。
动画演示
pos之后插入

// 单链表在pos位置之后插入x
void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLTDataType x)
{assert(pos);SListNode* newnode = BuySListNode(x);// 先记录下个结点位置SListNode* next = pos->next;pos->next = newnode;newnode->next = next;// 注意顺序// newnode->next = pos->next;//pos->next = newnode;
}

两种方式时间复杂度
向前插入要找prev前结点指针，所以要遍历，时间复杂度O(N)。
向后插入直接向结点之后插入结点，时间复杂度O(1)。

单链表删除(pos/pos之后)数据

同样的，为什么不直接删除pos位置，还要这么麻烦删除pos之后的数据。
其实就和前面的InsertAfter一样，如果要删除pos位置还需要找前结点。如果pos是头结点就相当于一次头删，还要传二级指针。
删除pos

// 删除pos位置
void SListErase(SListNode** pplist, SListNode* pos, SLTDataType x)
{assert(pplist);assert(pos);if (*pplist == pos){// 头删SListPopFront(pplist);}else{SListNode* prev = *pplist;while (prev->next != pos){prev = prev->next;}SListNode* newnode = BuySListNode(x);SListNode* next = prev->next;prev->next = newnode;newnode->next = next;}
}

相比要删除pos，删除pos之后的数据写起来就比较，不需要在遍历链表，也不用考虑头结点的情况，虽然有些怪怪的，找pos却要删pos后面的数据
动画演示

删除pos之后

// 单链表删除pos位置之后的值
void SListEraseAfter(SListNode* pos)
{assert(pos);SListNode* next = pos->next;pos->next = next->next;free(next);
}

两种方式时间复杂度
删除pos位置要找前结点，所以是O(N)。
删除pos之后不需要找前结点，直接删除连接删除结点的后继指针，所以是O(1)。

单链表销毁

不同于顺序表，顺序表是由系统一次性开好的，可以直接free掉整个数组，链表是一个一个开辟出来的，也就需要一个结点一个结点的释放。
可以传二级指针，在函数将头结点置空，也可以传一级指针，在函数外置空头结点。
链表销毁

// 单链表的销毁
void SListDestory(SListNode** pplist)
{SListNode* cur = *pplist;while (cur){SListNode* next = cur->next;free(cur);cur = next;}*pplist = NULL;
}

单链表的缺点

既然都说了顺序表的缺点那也说下单链表的缺点吧

第一、单链表的地址不是连续，不适合用来做排序，排序顺序表数组有先天性的优势。
第二、单链表结构简单，这既是它的优点也是缺点，因为结构太过于简单，单链表只有后继结点，导致单链表只能向后查找，如果要向前查找不方便，双向链表有前结点可以解决这个问题。

结尾

ps.画图太累了，而且我还不太会用这个新的软件，所以pos之前插入和删除pos的图就都不画了，自己理解一下吧~~