【数据结构】【王道】【线性表】单链表的实现及基本操作（带头结点）（可直接运行）
2024-05-18 12:48:33
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- 1.基本操作
- 1.1 结构体定义
- 1.2 初始化
- 1.3 判空
- 1.4 按位序插入
- 1.5 指定结点后插操作
- 1.6 指定结点前插操作
- 1.7 按位序删除
- 1.8 按位查找
- 1.9 按值查找
- 1.10 表的长度
- 1.11 单链表建立（尾插法）
- 1.12 单链表建立（头插法）
- 1.13 输出所有链表元素
- 2.完整代码
- 3.运行截图
各部分的解释已经以注释形式写于代码中。
1.基本操作
1.1 结构体定义
// 带头结点
typedef struct LNode { // 定义单链表结点类型int data; // 数据域struct LNode *next; // 指针域
} LNode, *LinkList;
1.2 初始化
// 初始化一个单链表
bool InitList(LinkList &L) {L = (LNode *)malloc(sizeof(LNode)); // 分配一个结点的空间，当作头结点// 内存分配失败得到情况if(L == NULL) {return false;}// 将头结点指针域设为NULL，表示头结点之后暂时还没有结点L->next = NULL;return true;
}
1.3 判空
// 判断单链表是否为空
bool Empty(LinkList L) {// 有头结点，那么头结点指针域指向NULL，单链表即为空if(L->next == NULL) {return true;} else {return false;}
}
1.4 按位序插入
// 在第i个位置插入元素e
bool ListInsert(LinkList &L, int i, int e) {// 判断插入位序是否存在问题if(i < 1)return false;LNode *p; // 指针p指向当前扫描到的结点int j = 0; // 当前p指向的是第几个结点p = L; // 初始令p指向头结点// 通过循环，找到第i-1个结点// 如果i大于链表长度，则不可插入，此时p指向最后结点的指针域，即NULLwhile(p != NULL && j < i - 1) {p = p->next;j++;}// p值为NULL说明遍历完成后仍未为找到位序为i的结点，说明i大于链表长度，i不合法if (p == NULL) {return false;}// 在第i-1个结点后插入新结点LNode *s = (LNode *)malloc(sizeof(LNode));// 注意顺序，应该先让要插入结点的指针域指向后一结点// 之后再断开前一结点与后一结点的指针，使前一结点指向要插入结点s->data = e; s->next = p->next;//将结点s连到p后p->next = s;return true;
}
1.5 指定结点后插操作
// 指定结点后插操作：在p结点之后插入元素e
// LNode强调为结点
bool InsertNextNode(LNode *p, int e) {// p不合理的情况if(p == NULL) {return false;}LNode *s = (LNode *)malloc(sizeof(LNode));// 内存分配失败的情况if(s == NULL) {return false;}// 此处先将要插入结点的指针域指向前一个结点的指针域，即后一个结点的地址// 之后再令前一个结点的指针域指向要插入结点// 顺序不可颠倒，否则可能出现找不到之后结点的情况s->data = e;s->next = p->next;p->next = s;return true;
}
1.6 指定结点前插操作
// 指定结点前插操作：在p结点之前
// 此处可以通过一种特殊方法完成前插
// 本质上还是后插操作
bool InsertPriorNode(LNode *p, int e) {// p不合理的情况if(p == NULL) {return false;}LNode *s = (LNode *)malloc(sizeof(LNode));// 内存分配失败的情况if(s == NULL) {return false;}// 插入操作// 通过将s插入p结点之后，然后将s结点与p结点的数据域进行互换// 可以视作完成了前插操作s->next = p->next;p->next = s;s->data = p->data;p->data =e;return true;
}
1.7 按位序删除
// 按位序删除
bool ListDelete(LinkList &L, int i, int &e) {// i不合理的情况if(i < 1) {return false;}LNode *p; // 指针p指向当前扫描到的结点int j = 0; // 当前p指向的是第几个结点// 初始令p指向头结点，即第0个结点p = L;// 通过遍历找到第i - 1个结点，即要删除结点的前驱结点while(p != NULL && j < i - 1) {p = p->next;j++;}// 若p等于NULL，则要么此链表为空，要么i值大于链表长度，显然不合理if(p == NULL) {return false;}// p->next为空表示第i-1个结点之后已经没有其他结点了，无法进行删除操作if(p->next == NULL) {return false;}// 删除操作// 就是将前驱结点指针域指向后继结点LNode *q = p->next; e = q->data;p->next = q->next;// 不要忘记释放空间！！！free(q); return true;
}
1.8 按位查找
// 按位查找，返回第i个元素
// 之前操作部分按位查找部分可以以此部分代码代替，提高代码复用性（封装）
LNode* GetElem(LinkList L, int i) {// 判断插入位序是否存在问题// 由于此是带头结点的情况，而头结点可以视作是第0个结点// 所以与之前遍历情况不同if(i < 0)return NULL;LNode *p; // 指针p指向当前扫描到的结点int j = 0; // 当前p指向的是第几个结点p = L; // 初始令p指向头结点// 通过循环，找到第i个结点// 如果i大于链表长度，则找不到此节点，此时p指向最后结点的指针域，即NULL// 如果i初始为0，会直接返回头结点地址while(p != NULL && j < i) {p = p->next;j++;}return p;
}
1.9 按值查找
// 按值查找，找到数据域等于e的结点
LNode* LocateElem(LinkList L, int e) {LNode* p = L->next;// 从第一个结点开始查找数据域为e的结点// 找不到，则会在遍历后指向NULLwhile (p != NULL && p->data != e) {p = p->next;}return p;
}
1.10 表的长度
// 求表的长度
// 就是通过遍历所有结点，然后通过计数器来累加得到长度
int Length(LinkList L) {int len = 0;LNode* p = L;while(p->next != NULL) {p = p->next;len++;}return len;
}
1.11 单链表建立（尾插法）
// 尾插法
// 通过尾插法建立的链表，顺序为插入时元素的顺序
LinkList TailInsert(LinkList &L) {// 设置ElemType为整型int x;// 建立头结点（申请的空间为一个结点大小的空间）L = (LinkList)malloc(sizeof(LNode));// 初始化为空链表// 由于L在分配空间后，头指针可能并非指向NULL，而是其他任意区域，这可能导致问题发生// 动态分配的空间之前可能存在脏数据L->next = NULL;// 定义表尾指针// 对于尾插法，如果只通过头结点遍历的话// 每次插入时都要先遍历到表尾，时间复杂度为O(1+2+...+n-1)=O(n^2)// 所以选择增加一个尾指针，来避免遍历// s为要插入的结点，r为表尾指针LNode *s, *r = L;// 输入结点的值scanf("%d", &x);// 表示键入9999后建表结束while(x != 9999) {s = (LNode*)malloc(sizeof(LNode));s->data = x;r->next = s;// r指向新的表尾结点r = s;// 继续输入下一个结点的值，直至输入9999结束scanf("%d", &x);}// 尾指针置空r->next = NULL;return L;
}
1.12 单链表建立（头插法）
// 头插法
// 通过头插法建立的链表，顺序为插入时元素的逆序
LinkList HeadInsert(LinkList &L) {// 设置ElemType为整型int x;// 建立头结点（申请的空间为一个结点大小的空间）L = (LinkList)malloc(sizeof(LNode));// 初始化为空链表// 由于L在分配空间后，头指针可能并非指向NULL，而是其他任意区域，这可能导致问题发生// 动态分配的空间之前可能存在脏数据L->next = NULL;// 不同于尾插法，头插法无需定义更多指针LNode* s;// 输入结点的值scanf("%d", &x);// 表示键入9999后建表结束while(x != 9999) {s = (LNode*)malloc(sizeof(LNode));s->data = x;s->next = L->next;L->next = s;// 继续输入下一个结点的值，直至输入9999结束scanf("%d", &x);}
}
1.13 输出所有链表元素
// 输出所有链表元素
void PrintList(LinkList L) {if(Empty(L)) {printf("the list is empty");}LNode* p = L;while(p != NULL) {printf("%d ", p->data);p = p->next;}
}
2.完整代码
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>// 带头结点
typedef struct LNode { // 定义单链表结点类型int data; // 数据域struct LNode *next; // 指针域
} LNode, *LinkList;// 初始化一个单链表
bool InitList(LinkList &L) {L = (LNode *)malloc(sizeof(LNode)); // 分配一个结点的空间，当作头结点// 内存分配失败得到情况if(L == NULL) {return false;}// 将头结点指针域设为NULL，表示头结点之后暂时还没有结点L->next = NULL;return true;
}// 判断单链表是否为空
bool Empty(LinkList L) {// 有头结点，那么头结点指针域指向NULL，单链表即为空if(L->next == NULL) {return true;} else {return false;}
}// 在第i个位置插入元素e
bool ListInsert(LinkList &L, int i, int e) {// 判断插入位序是否存在问题if(i < 1)return false;LNode *p; // 指针p指向当前扫描到的结点int j = 0; // 当前p指向的是第几个结点p = L; // 初始令p指向头结点// 通过循环，找到第i-1个结点// 如果i大于链表长度，则不可插入，此时p指向最后结点的指针域，即NULLwhile(p != NULL && j < i - 1) {p = p->next;j++;}// p值为NULL说明遍历完成后仍未为找到位序为i的结点，说明i大于链表长度，i不合法if (p == NULL) {return false;}// 在第i-1个结点后插入新结点LNode *s = (LNode *)malloc(sizeof(LNode));// 注意顺序，应该先让要插入结点的指针域指向后一结点// 之后再断开前一结点与后一结点的指针，使前一结点指向要插入结点s->data = e; s->next = p->next;//将结点s连到p后p->next = s;return true;
}// 指定结点后插操作：在p结点之后插入元素e
// LNode强调为结点
bool InsertNextNode(LNode *p, int e) {// p不合理的情况if(p == NULL) {return false;}LNode *s = (LNode *)malloc(sizeof(LNode));// 内存分配失败的情况if(s == NULL) {return false;}// 此处先将要插入结点的指针域指向前一个结点的指针域，即后一个结点的地址// 之后再令前一个结点的指针域指向要插入结点// 顺序不可颠倒，否则可能出现找不到之后结点的情况s->data = e;s->next = p->next;p->next = s;return true;
}// 指定结点前插操作：在p结点之前
// 此处可以通过一种特殊方法完成前插
// 本质上还是后插操作
bool InsertPriorNode(LNode *p, int e) {// p不合理的情况if(p == NULL) {return false;}LNode *s = (LNode *)malloc(sizeof(LNode));// 内存分配失败的情况if(s == NULL) {return false;}// 插入操作// 通过将s插入p结点之后，然后将s结点与p结点的数据域进行互换// 可以视作完成了前插操作s->next = p->next;p->next = s;s->data = p->data;p->data =e;return true;
}// 按位序删除
bool ListDelete(LinkList &L, int i, int &e) {// i不合理的情况if(i < 1) {return false;}LNode *p; // 指针p指向当前扫描到的结点int j = 0; // 当前p指向的是第几个结点// 初始令p指向头结点，即第0个结点p = L;// 通过遍历找到第i - 1个结点，即要删除结点的前驱结点while(p != NULL && j < i - 1) {p = p->next;j++;}// 若p等于NULL，则要么此链表为空，要么i值大于链表长度，显然不合理if(p == NULL) {return false;}// p->next为空表示第i-1个结点之后已经没有其他结点了，无法进行删除操作if(p->next == NULL) {return false;}// 删除操作// 就是将前驱结点指针域指向后继结点LNode *q = p->next; e = q->data;p->next = q->next;// 不要忘记释放空间！！！free(q); return true;
}// 删除指定节点
// 类似于之前前插操作，一般情况下，显然必须先遍历找到前驱结点
// 或者类似于之前前插的第二种方法，来规避遍历
bool DeleteNode(LNode *p) {// p不合理的情况if(p == NULL) {return false;}// 此操作可以理解为将p节点与其后继结点进行数据域交换// 之后再删除其后继结点，可以视作完成了删除，且避免了寻找前驱结点的遍历操作// 注意：如果p是最后一个结点则会报错，因为p->next即是NULL，不能从NULL获取数据域// 此种情况，只能通过之前的遍历寻找前驱结点来完成删除操作// 类似于之前插入，在找到前驱结点后，删除操作与按位序删除相同LNode *q = p->next;p->data = p->next->data;p->next = q->next;free(q);return true;
}// 按位查找，返回第i个元素
// 之前操作部分按位查找部分可以以此部分代码代替，提高代码复用性（封装）
LNode* GetElem(LinkList L, int i) {// 判断插入位序是否存在问题// 由于此是带头结点的情况，而头结点可以视作是第0个结点// 所以与之前遍历情况不同if(i < 0)return NULL;LNode *p; // 指针p指向当前扫描到的结点int j = 0; // 当前p指向的是第几个结点p = L; // 初始令p指向头结点// 通过循环，找到第i个结点// 如果i大于链表长度，则找不到此节点，此时p指向最后结点的指针域，即NULL// 如果i初始为0，会直接返回头结点地址while(p != NULL && j < i) {p = p->next;j++;}return p;
}// 按值查找，找到数据域等于e的结点
LNode* LocateElem(LinkList L, int e) {LNode* p = L->next;// 从第一个结点开始查找数据域为e的结点// 找不到，则会在遍历后指向NULLwhile (p != NULL && p->data != e) {p = p->next;}return p;
}// 求表的长度
// 就是通过遍历所有结点，然后通过计数器来累加得到长度
int Length(LinkList L) {int len = 0;LNode* p = L;while(p->next != NULL) {p = p->next;len++;}return len;
}// 尾插法
// 通过尾插法建立的链表，顺序为插入时元素的顺序
LinkList TailInsert(LinkList &L) {// 设置ElemType为整型int x;// 建立头结点（申请的空间为一个结点大小的空间）L = (LinkList)malloc(sizeof(LNode));// 初始化为空链表// 由于L在分配空间后，头指针可能并非指向NULL，而是其他任意区域，这可能导致问题发生// 动态分配的空间之前可能存在脏数据L->next = NULL;// 定义表尾指针// 对于尾插法，如果只通过头结点遍历的话// 每次插入时都要先遍历到表尾，时间复杂度为O(1+2+...+n-1)=O(n^2)// 所以选择增加一个尾指针，来避免遍历// s为要插入的结点，r为表尾指针LNode *s, *r = L;// 输入结点的值scanf("%d", &x);// 表示键入9999后建表结束while(x != 9999) {s = (LNode*)malloc(sizeof(LNode));s->data = x;r->next = s;// r指向新的表尾结点r = s;// 继续输入下一个结点的值，直至输入9999结束scanf("%d", &x);}// 尾指针置空r->next = NULL;return L;
}// 头插法
// 通过头插法建立的链表，顺序为插入时元素的逆序
LinkList HeadInsert(LinkList &L) {// 设置ElemType为整型int x;// 建立头结点（申请的空间为一个结点大小的空间）L = (LinkList)malloc(sizeof(LNode));// 初始化为空链表// 由于L在分配空间后，头指针可能并非指向NULL，而是其他任意区域，这可能导致问题发生// 动态分配的空间之前可能存在脏数据L->next = NULL;// 不同于尾插法，头插法无需定义更多指针LNode* s;// 输入结点的值scanf("%d", &x);// 表示键入9999后建表结束while(x != 9999) {s = (LNode*)malloc(sizeof(LNode));s->data = x;s->next = L->next;L->next = s;// 继续输入下一个结点的值，直至输入9999结束scanf("%d", &x);}return L;
}// 输出所有链表元素
void PrintList(LinkList L) {if(Empty(L)) {printf("the list is empty");}LNode* p = L->next;while(p != NULL) {printf("%d ", p->data);p = p->next;}printf("\n");
}int main() {LinkList L;InitList(L);TailInsert(L);PrintList(L);printf("get_2:%d\n", GetElem(L, 2)->data);printf("locate_5:%d\n", LocateElem(L, 5)->data);printf("length:%d\n", Length(L));InsertPriorNode(GetElem(L, 2), 7);PrintList(L);InsertNextNode(GetElem(L, 2), 5);PrintList(L);ListInsert(L, 3, 3);PrintList(L);int e;ListDelete(L, 3, e);PrintList(L);printf("e:%d\n", e);
}
3.运行截图
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