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数据结构---链表【C语言】

infgrad 2022-05-20 阅读 85
链表双向链表数据C/C++编程语言

@TOC

1、链表表示

顺序表的问题：

  1. 中间/头部的插入删除，时间复杂度为O(N)
  2. 增容需要申请新空间，拷贝数据，释放旧空间。会有不小的消耗。
  3. 增容一般是呈2倍的增长，势必会有一定的空间浪费。例如当前容量为100，满了以后增容到 200，我们再继续插入了5个数据，后面没有数据插入了，那么就浪费了95个数据空间。

链表结构可以适当的解决这个问题。

概念：链表是一种物理存储结构上非连续、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 。

image.png

实际中要实现的链表的结构非常多样，以下情况组合起来就有8种链表结构：

  1. 单向、双向

  2. 带头、不带头

  3. 循环、非循环

    image.png

2、单链表的接口

//1、无头+单向+非循环链表增删查改实现
typedef int SLTDateType;
typedef struct SListNode
{
 SLTDateType data;
 struct SListNode* next;
}SListNode;
//动态申请一个节点
SListNode* BuySListNode(SLTDateType x);
//单链表打印
void SListPrint(SListNode* plist);
//单链表尾插
void SListPushBack(SListNode** pplist, SLTDateType x);
//单链表的头插
void SListPushFront(SListNode** pplist, SLTDateType x);
//单链表的尾删
void SListPopBack(SListNode** pplist);
// 单链表头删
void SListPopFront(SListNode** pplist);
// 单链表查找
SListNode* SListFind(SListNode* plist, SLTDateType x);
// 单链表在pos位置之前插入x
void SListInsert(SListNode** pplist, SListNode* pos, SLTDateType x);
// 单链表删除pos位置的值
void SListErase(SListNode** pplist, SListNode* pos);

3、带头双向循环链表的接口

//2、带头+双向+循环链表增删查改实现
typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{
 LTDataType _data;
 struct ListNode* next;
 struct ListNode* prev;
}ListNode;
//创建返回链表的头结点.
ListNode* ListCreate();
//双向链表销毁
void ListDestory(ListNode* plist);
//双向链表打印
void ListPrint(ListNode* plist);
//双向链表尾插
void ListPushBack(ListNode* plist, LTDataType x);
//双向链表尾删
void ListPopBack(ListNode* plist);
//双向链表头插
void ListPushFront(ListNode* plist, LTDataType x);
//双向链表头删
void ListPopFront(ListNode* plist);
//双向链表查找
ListNode* ListFind(ListNode* plist, LTDataType x);
//双向链表在pos的前面进行插入
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x);
//双向链表删除pos位置的节点
void LIstErase(ListNode* pos);

4、单链表的代码实现

//打印
void SListPrint(SLTNode** pphead)
{
    SLTNode* cur = *pphead;
    while (cur != NULL)
    {
        printf("%d->", cur->data);//打印数据
        cur = cur->next;//下一个地址（指向下一个数据的地址）
    }
    printf("NULL");
}

//查找
SLTNode* SListFind(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
    SLTNode* cur = *pphead;
    while (cur)
    {
        if (cur->data == x)
        {
            return cur;
        }
        cur = cur->next;
    }
    return NULL;//没找到返回NULL
}

//开辟空间
SLTNode* BuySListNode(SLTDataType x)
{
    SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTDataType));
    newnode->data = x;
    newnode->next = NULL;
    return newnode;
}

//尾插
void SListPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
    SLTNode* newnode = BuySListNode(x);

    //判断开始节点是否为NULL
    if (*pphead = NULL)
    {
        *pphead = newnode;
    }
    else
    {
        //找尾节点的指针
        SLTNode* tail = *pphead;
        while (tail->next != NULL)
        {
            tail = tail->next;
        }
        //尾节点，链接新节点（尾节点原本为NULL，尾插：将新开辟的空间的地址newnode给到原本尾节点的NULL）
        tail->next = newnode;
    }
}

//头插
void SListPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
    SLTNode* newnode = BuySListNode(x);
    newnode->next = *pphead;
    *pphead = newnode;
}

//头删
void SListPopFront(SLTNode** pphead)
{
    SLTNode* next = (*pphead)->next;//在free前保存节点的地址
    free(*pphead);
    *pphead = next;
}

//尾删
void SListPopBack(SLTNode** pphead)
{
    //1.空
    if (*pphead = NULL)
    {
        return;
    }
    //2.一个节点
    else if ((*pphead)->next = NULL)
    {
        free(*pphead);
        *pphead = NULL;
    }
    //多个节点
    else
    {
        SLTNode* prev = NULL;//记录前一个节点
        SLTNode* tail = *pphead;
        while (tail->next != NULL)
        {
            prev = tail;
            tail = tail->next;
        }
        free(tail);
        prev->next = NULL;//将前一个节点的置为NULL
    }
}

//在pos前面插入x
void SListInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
    if (pos == *pphead)
    {
        SListPushFront(pphead, x);//如果在第一个节点之前插入就相当于头插
    }
    else
    {
        SLTNode* newnode = BuySListNode(x);
        SLTNode* prev = *pphead;
        while (prev->next != pos)
        {
            prev = prev->next;
        }
        prev->next = newnode;
        newnode->next = pos;
    }
}

//删除pos的值
void SListErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
    if (pos == *pphead)
    {
        SListPopFront(pphead);//如果删除第一个节点就相当于头删
    }
    else
    {
        SLTNode* prev = *pphead;
        while (prev->next != pos)
        {
            prev = prev->next;
        }
        prev->next = pos->next;
        free(pos);
    }
}

5、带头双向循环链表的代码实现

ListNode* BuyListNode(LTDataType x)//创建返回链表的头结点
{
    ListNode* newnode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
    newnode->data = x;
    newnode->next = NULL;
    newnode->prev = NULL;

    return newnode;
}

//初始化
ListNode* ListInit()
{
    //创建头节点（data=0，前后两个地址存自己本身） 
    ListNode* phead = BuyListNode(0);
    phead->next = phead;
    phead->prev = phead;

    return phead;
}

void ListPrint(ListNode* phead)//双向链表打印
{
    assert(phead);
    //打印从头节依次打印直到回到头节点（如果是空链表循环走不进去）
    ListNode* cur = phead->next;
    while (cur != phead)
    {
        printf("%d ", cur->data);
        cur = cur->next;
    }
    printf("\n");
}

void ListDestory(ListNode* phead)//双向链表销毁
{
    assert(phead);
    ListNode* cur = phead->next;
    while (cur != phead)
    {
        ListNode* next = cur->next;
        free(cur);
        cur = next;
    }
    //phead也销毁
    free(phead);
    phead = NULL;
}

void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType x)//双向循环链表尾插
{
    assert(phead);
    ListNode* tail = phead->prev;
    ListNode* newnode = BuyListNode(x);

    tail->next = newnode;
    newnode->prev = tail;
    newnode->next = phead;
    phead->prev = newnode;

    //方法二：
    ListInsert(phead, x);//相当于在头节点的前边插入
}

void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType x)//双向循环链表头插
{
    assert(phead);
    ListNode* first = phead->next;
    ListNode* newnode = BuyListNode(x);

    //顺序可以随便换（创建了一个中间指针变量frist）
    first->prev = newnode;
    newnode->next = first;
    newnode->prev = phead;
    phead->next = newnode;

    //方法二：
    //ListInsert(phead->next, x);//相当于在第一个节点（phead->next）的前面插入
}

void ListPopBack(ListNode* phead)//双向链表尾删
{
    assert(phead);
    assert(phead->next != phead);//一个节点都没有
    ListNode* tail = phead->prev;
    ListNode* prev = tail->prev;
    prev->next = phead;
    phead->prev = prev;

    free(tail);
    tail = NULL;

    //方法二：
    //ListErase(phead->prev);//删除最后一个节点（phead->prev）
}

void ListPopFront(ListNode* phead)//双向链表头删
{
    assert(phead);
    assert(phead->next != phead);//一个节点都没有
    ListNode* first = phead->next;
    ListNode* second = first->next;
    phead->next = second;
    second->prev = phead;

    free(first);
    first = NULL;

    //方法二：
    //ListErase(phead->next);//删除第一个节点（phead->next）
}

ListNode* ListFind(ListNode* phead, LTDataType x)//双向链表查找
{
    assert(phead);
    ListNode* cur = phead->next;
    while (cur != phead)
    {
        if (x == cur->data)
        {
            return cur;
        }
        cur = cur->next;
    }
    return NULL;
}

void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x)//双向链表在pos的前面进行插入
{
    assert(pos);
    ListNode* prev = pos->prev;
    ListNode* newnode = BuyListNode(x);

    newnode->prev = prev;
    prev->next = newnode;
    newnode->next = pos;
    pos->prev = newnode;
}

void ListErase(ListNode* pos)//双向链表删除pos位置的节点
{
    assert(pos);
    ListNode* prev = pos->prev;
    ListNode* next = pos->next;
    prev->next = next;
    next->prev = prev;
    free(pos);
    pos = NULL;
}
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