数据结构之线性表——（二、链式存储结构）[c语言]

数据结构之线性表——（二、链式存储结构-单链表）

链式存储结构以及基本运算的实现

背景：由于线性表的存储特点是用物理上的相邻实现逻辑上的相邻，他要求用连续的存储单元顺序存储线性表中的各个元素，所以，对线性表中的元素进行插入、删除时要移动元素，很影响运算的效率。而在链式存储结构中，存储单元的地址可连续，也可不连续，这就意味着这些数据元素可以存放在内存中未被占用的任何位置。它不要求逻辑上相邻的两个数据元素物理上也相邻，其逻辑关系是通过“链”建立起数据元素之间的关系，因此对线性表的插入、删除操作时不需要移动数据，提高了效率。

一、单链表

单链表的表示

链表是通过一组任意的存储单元来存储线性表中的数据元素的，每个数据元素(a_i)，除了存放自身的数据外，还需要存放其后继a_i+1所在的存储单元的地址，这两部分信息组成一个“结点”，存放数据元素信息的数据域为data，存放其后继地址的称为指针域next，所以n个数据元素的线性表通过每个结点的指针域连成一条“链”,故称为链表。其结点的结构如下：

注：在这里我们称为单链表，单链表是因为其每个结点中只有一个指向后继的指针，所以称为单链表。

1、单链表的定义

单链表是由一个个结点构成的，使用单链表首先要定义一个结点，也可称为结构体，其定义如下：

typedef struct node
{DataType data;
struct node *next;
}Lnode,*LinkList;
/*Lnode是结构体别名，用其定义结点如：Lnode n;
但是用  *LinkList定义的是指针。 */

_{定义头指针变量}

LinkList H;           //linkList是指向Lnode类型结点的指针类型

　　在上图中，顺序存储结构的地址是连续的，而且其数据域中的数据也是按照逻辑结构自上而下的。在链式存储结构中，每个结点（node）不仅存储了数据本身（A），还存放了下一个结点的地址（0x5），但头指针中没有存放数据，它存放的是第一个结点（A）的地址。在顺序存储结构里我们将Ａ称为Ｂ的直接前驱，Ｂ称为Ａ的直接后继，由于是单向链表，在这个链式存储中只有前驱到后继的指针，前驱和后继的关系由指针来链接，也就是说，如果我们要查找后面的元素必须要从头查找。
　　作为线性表的一种存储结构，我们关心的是结点之间的逻辑结构，而对每个结点之间的实际地址不感兴趣。
　　单链表分为带头和不带头两种
　　

对于线性表来说，有头有尾，链表也同样，我们把链表中第一个结点存储的位置叫做头指针，通常用“头指针”来标识一个单链表。在上图带头结点单链表示意图中，第一个结点的地址放在了指针变量H中，链表的最后一个结点指针为空（NULL）。
在下图中，假设p是指向线性表第i个元素的指针，则结点a_i的数据域用p->data来表示，即p->data的值是一个数据元素，p->data = a_i；结点a_i的指针域用p->next表示，即p->next是一个指针，（p->next）->data = a_i+1。

2、单链表的基本操作

（1）初始化创建单链表
在每次将新节点插入到单链表的尾部时，我们需要加入一个指针 r来始终指向单链表中的为节点。
步骤：
1、初始化，头指针H=NULL，尾指针r=NULL
2、线性表中元素的顺序依次读入数据元素，如果不是结束标志，申请结点。
3、将新节点插入到r所指结点的后面，然后r指向新节点。（第一个结点不同）

LinkList Creat_LinkList()
{ LinkList L = NULL;    //头指针L置空Lnode *s,*r=NULL;char x,flag='0';printf("请输入数据，输入0结束\n");scanf("%d",&x);while(x!=flag){ s = (Lnode *)malloc(sizeof(Lnode));  //申请一个新结点s->data = x;      //将输入的x放在结点的数据域中if(L==NULL) L = s;    //如果头指针为空，将结点s的指针放在头指针中else r->next = s;     //若不为空放在指针r 中r = s;               //r始终指向最后一个结点printf("请输入数据，输入0结束\n");scanf("%c",&x);}if(r!=NULL)r->next = NULL;    //对于非空表，最后结点的指针域放空指针return L;}

（2）按序号查找结点
1、从链表的第一个数据元素结点起，判断当前结点是否是第i个结点。
2、若是第i个结点，则返回，该结点的指针，否则继续下一个，直至结束为止。
3、若没有第i个结点时返回为空。

//按序号查找结点
Lnode *Get_LinkList(LinkList L,int i)
{Lnode *p =L;                  //把第一个结点的指针放在p里面int j=1;if(i==1) return p;if(p==NULL) { printf("表为空");return NULL; }while((p->next!=NULL) && j<i)   //判断当前结点是否是第i个结点{  p = p->next; ++j;}if(j==i)    return p;         //如果是第i个结点，则返回该节点的指针else        return NULL;}

（3）单链表的插入
　　设ｐ指向单链表中某结点，ｓ指向待插入的值为ｘ的新节点，将结点ｓ插入到结点ｐ的后面，插入的示意图如下：
　　

s->next = p->next;
p->next = s; 先挂链再改链，顺序不能交换

1、查找第i-1个结点，如果找到继续，否则结束
2、申请、填装新节点。
3、将新节点插入，结束。

Lnode * Insert_LinkList(LinkList L,int i,char x)
{Lnode *p,*s;  //定义p s 两个指针if(i==1)             //如果插入的位置是第一个呢{  s = (Lnode *)malloc(sizeof(Lnode));s->data = x;s->next = L;    //把老的第一个的地址放进新第一个里面L = s;  return L;//把新第一个的地址放在头指针里面}p = Get_LinkList(L,i-1);if( p==NULL)        //第i个结点前面位置不存在不能插入{    printf("插入位置前面没有元素！\n");return 0;}else                //在插入位置前面一个元素的地址放在新结点中{s = (Lnode *)malloc(sizeof(Lnode));//创建新节点来存放插入的元素s->data = x;            //将用户要插入的元素放入数据域中s->next = p->next;     //p->next是i-1的地址，s放在i位置的前面，接在i-1位置后面p->next = s;return L;}}

在插入函数中，如果我们在插入在第ｉ个位置，那就查找第ｉ－１个位置，如果ｉ－１个位置不存在就无法插入，当查找到ｉ－１个位置时，将ｉ－１个结点中存储的第ｉ个位置的地址放在新申请结点ｓ的指针域中，再将ｓ的地址放在ｉ－１个位置的指针域中，这样ｓ结点就插入到位置ｉ中，ｉ接在ｓ的后面。
　　（4）删除结点
　　设p指向单链表中某结点，现在要根据用户输入的位置i 删除结点p。
　　要删除结点p，首先要找到p的前驱结点q，然后完成指针的操作。
　　

q-next = p->next;
free(q);

1、查找到第 i-1个结点，如果找到继续，否则结束
　　2、若存在第i个结点，继续下一步，否则返回没找到
　　3、删除这个结点

//按位置删除结点
LinkList Del_LinkList(LinkList L,int i)
{  LinkList p;Lnode *s =L; p = Get_LinkList(L,i-1);if(i==1){      L = s->next;return L;}else if(p->next == NULL){ printf("第%d个结点不存在\n",i); return L; }     else{s = p->next;p->next = s->next;free(s);return L;}
}

在单链表中插入、删除一个结点，必须知道其前驱结点
单链表不具有按序号随机访问的特点，只能从头指针开始一个又一个顺序进行
　　实现单链表基本的创建、插入、删除等操作：

#include "stdio.h"
#include "malloc.h"
#include "stdlib.h"
typedef struct node
{  char data;struct node *next;
}Lnode,*LinkList;//单链表的创建
LinkList Creat_LinkList()
{   LinkList L = NULL;Lnode *s,*r=NULL;char flag='0';char x;printf("请输入，输入0结束\n");fflush(stdin);scanf("%c",&x);while(x!=flag){   s = (Lnode *)malloc(sizeof(Lnode));s->data =x;if(L==NULL) L=s;else r->next = s;r = s;scanf("%c",&x);}if(r!=NULL)r->next = NULL;return L;
}void Disp_LinkList(LinkList L)
{  LinkList p = L;while(p!=NULL){ printf("%c ",p->data);p=p->next;  }
}//按序号查找结点
Lnode *Get_LinkList(LinkList L,int i)
{Lnode *p =L;                  //把第一个结点的指针放在p里面int j=1;if(i==1) return p;if(p==NULL) { printf("表为空");return NULL; }while((p->next!=NULL) && j<i)   //判断当前结点是否是第i个结点{  p = p->next; ++j;}if(j==i)    return p;         //如果是第i个结点，则返回该节点的指针else        return NULL;}Lnode * Insert_LinkList(LinkList L,int i,char x)
{Lnode *p,*s;  //定义p s 两个指针if(i==1)             //如果插入的位置是第一个呢{  s = (Lnode *)malloc(sizeof(Lnode));s->data = x;s->next = L;    //把老的第一个的地址放进新第一个里面L = s;  return L;//把新第一个的地址放在头指针里面}p = Get_LinkList(L,i-1);if( p==NULL)        //第i个结点前面位置不存在不能插入{    printf("插入位置前面没有元素！\n");return 0;}else                //在插入位置前面一个元素的地址放在新结点中{s = (Lnode *)malloc(sizeof(Lnode));//创建新节点来存放插入的元素s->data = x;            //将用户要插入的元素放入数据域中s->next = p->next;     //p->next是i-1的地址，s放在i位置的前面，接在i-1位置后面p->next = s;return L;}}
//按位置删除结点
LinkList Del_LinkList(LinkList L,int i)
{  LinkList p;Lnode *s =L; p = Get_LinkList(L,i-1);if(i==1){      L = s->next;return L;}else if(p->next == NULL){ printf("第%d个结点不存在\n",i); return L; }     else{s = p->next;p->next = s->next;free(s);return L;}
}void main()
{LinkList L; int n;char x;L = Creat_LinkList();printf("你创建的单链表为:\n");Disp_LinkList(L);printf("\n输入你要插入的位置：\n");scanf("%d",&n);fflush(stdin);printf("输入你要插入的元素：\n");scanf("%c",&x);L = Insert_LinkList(L,n,x);printf("你插入后的单链表为:\n");Disp_LinkList(L); printf("\n输入你要删除的位置：\n");scanf("%d",&n);L = Del_LinkList(L,n);printf("你删除后的单链表为:\n");Disp_LinkList(L);
}

代码运行图：

　　单链表的简单运用：使用单链表制作电子通讯录（单链表）
　　需求：

输入联系人信息，包含姓名、电话号码两部分。
实现联系人信息的插入：输入要插入的位置和新的联系人信息，将此联系人插入的链表的相应位置。
实现联系人信息的删除：输入要删除的联系人姓名，将此姓名的联系人删除。
实现按联系人的姓名查找信息

#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
struct numbook              //定义一个结构体
{   char name[10];          //定义一个数组来存放姓名char phone[15];         //定义一个数组来存放电话号码struct numbook * next;   //定义一个指针
};//判断用户输入的号码是否合法
int IsLegal(const char *str)   //用常量输入，只能使用无法修改
{while(*str!='\0')         //！='\0'.就是运行到字符串结尾时结束。{if(!(*str>='0' && *str<='9'))  //用户输入的号码不在0到9之间返回0return 0;str++;}return 1;
}//用户信息导入numbook * input(){  numbook *p,*q=NULL;numbook * L = NULL;char name[10],phone[15];while( printf("请输入姓名和电话号码，输入“ok”结束！\n"),scanf("%s",&name),strcmp(name,"ok")!=0){ p = (struct numbook *)malloc(sizeof(numbook));strcpy(p->name,name);   //将用户输入的姓名赋值到单链表中的p-name中while(scanf("%s",&phone),IsLegal(phone)==0){  printf("电话号码无效，重新输入。\n");}      //判断电话号码是否合法strcpy(p->phone,phone);if( L == NULL) {  L = p; }else {  q->next = p; }q = p;}if(q!=NULL) q->next =NULL;  return L;
}
//输出电话簿
void display(numbook * L)
{   while(L!=NULL)
{printf("%s - %s \n",L->name,L->phone);L = L->next;
}
}
//在电话簿中根据姓名查找联系人信息
numbook * find(numbook *L,char *na)
{while(L!=NULL){ if(strcmp(L->name,na)==0)     //如果姓名和电话簿中的相等返回Lreturn L;                 else  L = L->next;          //否则接续下一个结点}return NULL;
}
//删除联系人
numbook * DeleteByName(numbook *L,const char *na)
{    numbook *p,*q;  //定义两个指针，让q和p同时前进，便于操作指针if(L==NULL){  printf("空表无法再删除!\n");     //当L为空表时return L;  }if(strcmp(L->name,na)==0)        //当删除的是第一个结点时{p = L; L = L->next; free(p);printf("删除成功！\n"); return L;}p = L;           //将电话簿的头指针放在p中，p指向了第一个元素q = p->next;     //将第一个结点存放的指针放在q中，q指向了第二个结点while(q!=NULL && strcmp(q->name,na)!=0){ p = q;q = q->next;}if(q->next==NULL){   free(q); p->next = NULL;printf("删除成功！\n");return L; }//删除的元素为最后一个,q结点的指针是空的，直接释放q再将q前面的p指针置空else { p->next = q->next; free(q);printf("删除成功！\n");return L; }return L;   //将q中存放的地址放到q前面位置的p中，再释放q
}//插入联系人信息
numbook * InsertByName(numbook *L,const char *na,numbook *e)
{numbook *p,*q;  //同样定义两个指针，让q和p同时前进，便于操作指针if(L==NULL)  {   L = e;  e->next = NULL;  return L; } //如果头指针为空，代表输入的为第一个结点，就把它地址放在头指针里//在把这个结点的指针域置空，代表后面没有结点了，也就是它为第一个结点if(strcmp(L->name,na)==0)   //当用户输入的姓名是第一个联系人的姓名时{   e->next = L;  L = e;  return L;    }  //将这第一个人的地址放在新插入结点的指针域中，再将它的指针放在头指针中p = L; q = p->next;while(q!= NULL && strcmp(q->name,na)!=0){p = q; q = q->next;}if(q == NULL){   p->next = e; e->next = NULL;return L;}else {p->next = e;   e->next = q;  return L;}
}
void main(){char na[10];int i=0;numbook * L,*p,*e;L = input();display(L);while(i<10){fflush(stdin);while(printf("请输入你要操作的功能（1.查询联系人。2.插入联系人。3.删除联系人）\n"),scanf("%d",&i),i>3){printf("输入错误，重新输入");}switch(i){case 1:  printf("请输入要查找的姓名：\n");fflush(stdin);   //清除键盘缓冲区scanf("%s",&na);p = find(L,na);if(p==NULL) printf("查无此人\n");else printf("这个人的信息为：姓名“%s”,电话“%s”。\n",p->name,p->phone);break;case 2:     printf("请输入要插入的信息（姓名  电话)\n");e = (struct numbook *)malloc(sizeof(struct numbook));scanf("%s%s",e->name,e->phone);printf("请输入要插入位置的姓名:\n");scanf("%s",na);L = InsertByName(L,na,e);display(L);break;case 3:     printf("请输入要删除联系人的姓名：\n");scanf("%s",&na);p = find(L,na);if(p==NULL) printf("查无此人\n");L = DeleteByName(L,na);display(L);break;}i=NULL;}}

运行结果：