数据结构笔记（三）-- 链式实现顺序表
2024-06-01 13:08:09
带有头结点的单链表的实现
一、链表概述
链表是一种物理存储单元上非连续、非顺序的存储结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接次序实现的。
二、线性表的单链表存储数据
以存储数据为整型为例
typedef int ElemType; /* 定义抽象数据类型ElemType为整型 */
三、线性表的单链表存储结构
线性表的单链表存储结构图示
代码示
//线性表的单链表存储结构
typedef struct Node
{ElemType data; //代表数据域struct Node * next; //代表指针域，指向直接后继元素;定义指向Node类型的指针
}Node, *pNode;
四、线性表的单链表操作定义13个
//1、创建头结点返回头指针
pNode InitList();
//2、判断链表是否为空
bool ListEmpty(pNode L);
//3、向链表中追加元素
bool ListAddElem(pNode L, ElemType e);
//4、向链表pos位置前插入元素
bool ListInsert(pNode L, int pos, ElemType e);
//5、遍历链表
void ListTraverse(pNode L);
//6、删除指定位置的元素
bool ListDelete(pNode L, int i, ElemType &e);
//7、获取链表的长度
int ListLength(pNode L);
//8、获取第i个结点的值
bool GetElem(pNode L, int i, ElemType &e);
//9、若cur_e是L的数据元素，且不是第一个，则用pre_e返回它的前驱
bool PriorElem(pNode L, ElemType cur_e, ElemType &pre_e);
//10、若cur_e是L的数据元素，且不是最后一个，则用next_e返回它的后继
bool NextElem(pNode L, ElemType cur_e, ElemType &next_e);
//11、查询满足相应条件的结点元素，并返回序位
int LocateElem(pNode L, ElemType e, bool(*compare)(ElemType, ElemType));
//11.1比较俩个元素是否相等
bool compare(ElemType e1, ElemType e2);
//12、将链表清空
void ClearList(pNode L); // 不改变L
//13、销毁链表
void DestroyList(pNode &L);
1、创建头结点返回头指针
pNode InitList()
{pNode pHead = (pNode)malloc(sizeof(Node));//申请一个结点空间作为头结点，头指针指向头结点if (!pHead) //pHead为空 存储分配失败exit(-1);//pHead->data 因为是头结点所以头结点的数据域可以不用管，是一个垃圾直值pHead->next = NULL; // 头结点指针域初始化为空return pHead;
}
2、判断链表是否为空
当头指针的指针域为空时，链表为空
bool ListEmpty(pNode L)
{ // 初始条件：线性表L已存在。//操作结果：若L为空表，则返回true，否则返回falseif (L->next) // 非空return false;elsereturn true;
}
3、向链表中追加元素
bool ListAddElem(pNode L, ElemType e)
{// 初始条件：线性表L已存在。//操作结果：在链表最后一个结点后追加一个结点pNode pEnd = L, pNew, pProEnd = NULL;while (pEnd != NULL)//让pProEnd指向链表的尾结点{pProEnd = pEnd;//保存倒数第二个结点的next值，这个值指向尾结点pEnd = pEnd->next;}pNew = (pNode)malloc(sizeof(Node));//生成新节点if (pNew == NULL)//为空则节点分配失败，程序终止{printf("分配失败，程序终止！\n");exit(-1);}pNew->data = e; //新结点值域赋值pNew->next = NULL; //新结点指针域赋值，由于是尾结点所以赋值为空pProEnd->next = pNew; //新结点挂载到尾结点return true;
}
4、向链表插入结点元素
插入结点图示 pos = 2
bool ListInsert(pNode L, int pos, ElemType e)
{ // 初始条件：线性表L已存在。// 在带头结点的单链线性表L中第pos个位置之前插入元素eint i = 0;pNode p = L;while (p != NULL && i < pos - 1)//用p指向第pos-1个结点，将指针移动到插入元素位置之前。pos<=1，则不执行while{p = p->next; //p指向头结点，此语句执行第一次后p指向首结点，第二次p指向第二个结点....i++; //计数直到pos-1位置处的结点}if (p == NULL || i > pos - 1) //如果p指向的结点为空则p指向了尾结点或者链表没有元素 pos小于1或者大于表长return false;pNode Pnew = (pNode)malloc(sizeof(Node)); // 生成新结点Pnew->data = e; // 将值赋给要插入的结点Pnew->next = p->next;//新结点指针域指向下一个结点p->next = Pnew;//第pos-1个结点指向新节点return true;
}
5、遍历链表
void ListTraverse(pNode L)
{// 初始条件：线性表L已存在。
//操作结果：依次对L的每个结点值进行输出if (L == NULL){ printf("链表不存在\n");exit(-1);}pNode p = L->next;while (p != NULL){printf("%d ", p->data);p = p->next;}printf("\n");
}
6、删除指定位置的元素
bool ListDelete(pNode L, int i, ElemType &e) // 不改变L
{ // 初始条件：线性表L已存在。//操作结果：在带头结点的单链线性表L中，删除第i个元素，并由e返回其值int j = 0;pNode p = L, q;while (p != NULL && j < i - 1) // 链表不为空，用p指向第i-1个结点{p = p->next;j++;}if (p == NULL || j > i - 1) // p初始指针指向为空或者i为链表长度+1 删除位置不合理return false;q = p->next; //保存要删除结点指针p->next = q->next;//要删除结点的指针域的值赋值给要删除结点前的结点的指针域e = q->data;//保存要删除结点的值free(q);//释放删除结点的占用的内存空间return true;
}
7、获取链表的长度
int ListLength(pNode L)
{ // 初始条件：线性表L已存在。操作结果：返回L中数据元素个数int i = 0;pNode p = L->next; // p指向第一个结点while (p != NULL) // 没到表尾{i++;p = p->next;}return i;
}
8、获取第i个结点的值
bool GetElem(pNode L, int i, ElemType &e)
{ // L为带头结点的单链表的头指针。当第i个元素存在时，其值赋给e并返回true，否则返回falseint j = 1; // j为计数器pNode p = L->next; // p指向第一个结点while (p != NULL && j < i) // 顺指针向后查找，直到p指向第i个元素或p为空{p = p->next;j++;}if (p == NULL || j > i) // 第i个元素不存在return false;e = p->data; // 取第i个元素return true;
}9、若cur_e是L的数据元素，且不是第一个，则用pre_e返回它的前驱
找到第一个结点值为cur_e的结点，返回其前一个节点值
bool PriorElem(pNode L, ElemType cur_e, ElemType &pre_e)
{// 初始条件: 线性表L已存在// 操作结果: 若cur_e是L的数据元素，且不是第一个，则用pre_e返回它的前驱，// 返回true；否则操作失败，pre_e无定义，返回falsepNode q = NULL, p = L->next;// p指向第一个结点if (p->data == cur_e){printf("第一个结点没有前驱\n");return false;}while (p != NULL){q = p;//q用来保存p的前驱p = p->next;if (p != NULL && p->data == cur_e)//找到与cur_e相等的结点,当p ==NULL时 p是最后一个结点的指针域的值。则p->data是非法的break;//终止循环}if (p == NULL)//防止链表为空{ return false;}pre_e = q->data;//保存前驱结点值return true;
}
10、若cur_e是L的数据元素，且不是最后一个，则用next_e返回它的后继
bool NextElem(pNode L, ElemType cur_e, ElemType &next_e)
{ // 初始条件：线性表L已存在// 操作结果：若cur_e是L的数据元素，且不是最后一个，则用next_e返回它的后继，// 返回true;否则操作失败，next_e无定义，返回falsepNode p = L, q = L;if (q == NULL)return false;int i = 0;while (p != NULL && i<ListLength(L))//将指针指向最后一个结点{p = p->next;i++;}while (q != NULL && q != p) // p所指结点有后继,即q最多只会指向最后一个结点之前的结点{if (q->data == cur_e){next_e = q->next->data;//保存后驱结点值return true;}q = q->next;}return false;
}
11、查询满足相应条件的结点元素，并返回序位
int LocateElem(pNode L, ElemType e, bool(*compare)(ElemType, ElemType))
{ // 初始条件: 线性表L已存在，compare()是数据元素判定函数(满足为ture，否则为false)// 操作结果: 返回L中第1个与e满足关系compare()的数据元素的位序。// 若这样的数据元素不存在，则返回值为0int i = 0;pNode p = L->next;//p指向首节点while (p){i++;if (compare(p->data, e)) // 找到这样的数据元素return i;p = p->next;}return 0;
}11.1比较俩个元素是否相等
bool compare(ElemType e1, ElemType e2)
{if (e1 == e2)return true;elsereturn false;
}
12、将链表清空
void ClearList(pNode L) // 不改变L
{ // 初始条件：线性表L已存在。//操作结果：将L重置为空表,从第首节点开始释放pNode p = NULL, q = NULL;p = L->next;//p指向首节点while (p){q = p->next;//q保存下一个结点的地址free(p);//释放当前结点内存p = q;//将下一节点的地址给p，保证循环}L->next = NULL; //头结点指针域重置为空
}
13、销毁链表
void DestroyList(pNode &L)
{ // 初始条件：线性表L已存在。//操作结果：销毁线性表L，从头结点开始释放(free(L)释放L指向的内存地址)pNode q;while (L){q = L->next;free(L);L = q;}
}
最后给出完整代码
/*带有头结点的单链表*/
# include<stdio.h>
# include<stdlib.h>
# include<malloc.h>typedef int ElemType; /* 定义抽象数据类型ElemType为整型 *///线性表的单链表存储结构
typedef struct Node
{ElemType data; //代表数据域struct Node * next; //代表指针域，指向直接后继元素;定义指向Node类型的指针
}Node, *pNode;//1、创建头结点返回头指针
pNode InitList();
//2、判断链表是否为空
bool ListEmpty(pNode L);
//3、向链表中追加元素
bool ListAddElem(pNode L, ElemType e);
//4、向链表pos位置前插入元素
bool ListInsert(pNode L, int pos, ElemType e);
//5、遍历链表
void ListTraverse(pNode L);
//6、删除指定位置的元素
bool ListDelete(pNode L, int i, ElemType &e);
//7、获取链表的长度
int ListLength(pNode L);
//8、获取第i个结点的值
bool GetElem(pNode L, int i, ElemType &e);
//9、若cur_e是L的数据元素，且不是第一个，则用pre_e返回它的前驱
bool PriorElem(pNode L, ElemType cur_e, ElemType &pre_e);
//10、若cur_e是L的数据元素，且不是最后一个，则用next_e返回它的后继
bool NextElem(pNode L, ElemType cur_e, ElemType &next_e);
//11、查询满足相应条件的结点元素，并返回序位
int LocateElem(pNode L, ElemType e, bool(*compare)(ElemType, ElemType));
//11.1比较俩个元素是否相等
bool compare(ElemType e1, ElemType e2);
//12、将链表清空
void ClearList(pNode L); // 不改变L
//13、销毁链表
void DestroyList(pNode &L);int main(void)
{pNode L = NULL; //创建头指针L,空指向L = InitList();//创建一个链表头结点，L指向头结点if (ListEmpty(L))printf("链表为空\n");elseprintf("链表不为空\n");if (ListAddElem(L, 22))printf("追加成功\n");int i = 0;while (i < 5){ListAddElem(L, 2 * i);i++;}ListTraverse(L);ListInsert(L, 1, 100);ListTraverse(L);ElemType e = 0;ListDelete(L, 5, e);ListTraverse(L);printf("删除的元素是 %d\n", e);printf("链表的长度为 %d\n", ListLength(L));if (GetElem(L, 5, e))printf("第5个结点值为 %d\n", e);elseprintf("获取第5个结点失败\n");ElemType pre_e, cur_e = 2, next_e;if (PriorElem(L, cur_e, pre_e))printf("第一个值 %d 的结点的前驱结点值为 %d \n", cur_e, pre_e);elseprintf("前驱获取失败\n");if (NextElem(L, cur_e, next_e))printf("第一个值 %d 的结点的后继结点值为 %d \n", cur_e, next_e);elseprintf("后继获取失败\n");printf("链表中与值%d 相等的值的序位为 %d\n", cur_e, LocateElem(L, cur_e, compare));ClearList(L);ListTraverse(L);DestroyList(L);ListTraverse(L);return 0;}//1、创建头结点返回头指针
pNode InitList()
{pNode pHead = (pNode)malloc(sizeof(Node));//申请一个结点空间作为头结点，头指针指向头结点if (!pHead) //pHead为空 存储分配失败exit(-1);//pHead->data 因为是头结点所以头结点的数据域可以不用管，是一个垃圾直值pHead->next = NULL; // 头结点指针域初始化为空return pHead;
}//2、判断链表是否为空
//当头指针的指针域为空时，链表为空
bool ListEmpty(pNode L)
{ // 初始条件：线性表L已存在。//操作结果：若L为空表，则返回true，否则返回falseif (L->next) // 非空return false;elsereturn true;
}// 3、向链表中追加元素
bool ListAddElem(pNode L, ElemType e)
{pNode pEnd = L, pNew, pProEnd = NULL;while (pEnd != NULL)//让pProEnd指向链表的尾结点{pProEnd = pEnd;//保存倒数第二个结点的next值，这个值指向尾结点pEnd = pEnd->next;}pNew = (pNode)malloc(sizeof(Node));//生成新节点if (pNew == NULL)//为空则节点分配失败，程序终止{printf("分配失败，程序终止！\n");exit(-1);}pNew->data = e; //新结点值域赋值pNew->next = NULL; //新结点指针域赋值，由于是尾结点所以赋值为空pProEnd->next = pNew; //新结点挂载到尾结点return true;
}//4、向链表插入元素
bool ListInsert(pNode L, int pos, ElemType e)
{// 在带头结点的单链线性表L中第pos个位置之前插入元素eint i = 0;pNode p = L;while (p != NULL && i < pos - 1)//用p指向第pos-1个结点，将指针移动到插入元素位置之前。pos<=1，则不执行while{p = p->next; //p指向头结点，此语句执行第一次后p指向首结点，第二次p指向第二个结点....i++; //计数直到pos-1位置处的结点}if (p == NULL || i > pos - 1) //如果p指向的结点为空则p指向了尾结点或者链表没有元素 pos小于1或者大于表长return false;pNode Pnew = (pNode)malloc(sizeof(Node)); // 生成新结点Pnew->data = e; // 将值赋给要插入的结点Pnew->next = p->next;//新结点指针域指向下一个结点p->next = Pnew;//第pos-1个结点指向新节点return true;
}//5、遍历链表
void ListTraverse(pNode L)
{// 初始条件：线性表L已存在。
//操作结果：依次对L的每个结点值进行输出if (L == NULL){ printf("链表不存在\n");exit(-1);}pNode p = L->next;while (p != NULL){printf("%d ", p->data);p = p->next;}printf("\n");
}//6、删除指定位置的元素
bool ListDelete(pNode L, int i, ElemType &e) // 不改变L
{ // 在带头结点的单链线性表L中，删除第i个元素，并由e返回其值int j = 0;pNode p = L, q;while (p != NULL && j < i - 1) // 链表不为空，用p指向第i-1个结点{p = p->next;j++;}if (p == NULL || j > i - 1) // p初始指针指向为空或者i为链表长度+1 删除位置不合理return false;q = p->next; //保存要删除结点指针p->next = q->next;//要删除结点的指针域的值赋值给要删除结点前的结点的指针域e = q->data;//保存要删除结点的值free(q);//释放删除结点的占用的内存空间return true;
}//7、获取链表的长度
int ListLength(pNode L)
{ // 初始条件：线性表L已存在。操作结果：返回L中数据元素个数int i = 0;pNode p = L->next; // p指向第一个结点while (p != NULL) // 没到表尾{i++;p = p->next;}return i;
}//8、获取第i个结点的值
bool GetElem(pNode L, int i, ElemType &e) // 算法2.8
{ // L为带头结点的单链表的头指针。当第i个元素存在时，其值赋给e并返回true，否则返回falseint j = 1; // j为计数器pNode p = L->next; // p指向第一个结点while (p != NULL && j < i) // 顺指针向后查找，直到p指向第i个元素或p为空{p = p->next;j++;}if (p == NULL || j > i) // 第i个元素不存在return false;e = p->data; // 取第i个元素return true;
}//9、若cur_e是L的数据元素，且不是第一个，则用pre_e返回它的前驱
bool PriorElem(pNode L, ElemType cur_e, ElemType &pre_e)
{// 初始条件: 线性表L已存在// 操作结果: 若cur_e是L的数据元素，且不是第一个，则用pre_e返回它的前驱，// 返回true；否则操作失败，pre_e无定义，返回falsepNode q = NULL, p = L->next;// p指向第一个结点if (p->data == cur_e){printf("第一个结点没有前驱\n");return false;}while (p != NULL){q = p;//q用来保存p的前驱p = p->next;if (p != NULL && p->data == cur_e)//找到与cur_e相等的结点,当p ==NULL时 p是最后一个结点的指针域的值。则p->data是非法的break;//终止循环}if (p == NULL)//防止链表为空{ return false;}pre_e = q->data;//保存前驱结点值return true;
}
//10、若cur_e是L的数据元素，且不是最后一个，则用next_e返回它的后继
bool NextElem(pNode L, ElemType cur_e, ElemType &next_e)
{ // 初始条件：线性表L已存在// 操作结果：若cur_e是L的数据元素，且不是最后一个，则用next_e返回它的后继，// 返回true;否则操作失败，next_e无定义，返回falsepNode p = L, q = L;if (q == NULL)return false;int i = 0;while (p != NULL && i<ListLength(L))//将指针指向最后一个结点{p = p->next;i++;}while (q != NULL && q != p) // p所指结点有后继,即q最多只会指向最后一个结点之前的结点{if (q->data == cur_e){next_e = q->next->data;//保存后驱结点值return true;}q = q->next;}return false;
}
//11.1比较俩个元素是否相等
bool compare(ElemType e1, ElemType e2)
{if (e1 == e2)return true;elsereturn false;
}//11、查询满足相应条件的结点元素，并返回序位
int LocateElem(pNode L, ElemType e, bool(*compare)(ElemType, ElemType))
{ // 初始条件: 线性表L已存在，compare()是数据元素判定函数(满足为ture，否则为false)// 操作结果: 返回L中第1个与e满足关系compare()的数据元素的位序。// 若这样的数据元素不存在，则返回值为0int i = 0;pNode p = L->next;//p指向首节点while (p){i++;if (compare(p->data, e)) // 找到这样的数据元素return i;p = p->next;}return 0;
}//12、将链表清空
void ClearList(pNode L) // 不改变L
{ // 初始条件：线性表L已存在。//操作结果：将L重置为空表,从第首节点开始释放pNode p = NULL, q = NULL;p = L->next;//p指向首节点while (p){q = p->next;//q保存下一个结点的地址free(p);//释放当前结点内存p = q;//将下一节点的地址给p，保证循环}L->next = NULL; //头结点指针域重置为空
}//13、销毁链表
void DestroyList(pNode &L)
{ // 初始条件：线性表L已存在。//操作结果：销毁线性表L，从头结点开始释放(free(L)释放L指向的内存地址)pNode q;while (L){q = L->next;free(L);L = q;}
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