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🎯引言
欢迎来到HanLop博客的C语言数据结构初阶系列。在这个系列中，我们将深入探讨各种基本的数据结构和算法，帮助您打下坚实的编程基础。本次我将为你讲解链表。链表是一种线性数据结构，它由一系列节点组成，每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。由于其灵活的内存分配方式，链表在动态数据存储和处理方面有着独特的优势。在本篇文章中，我们将介绍链表的基本概念、链表的创建和操作方法，以及其优缺点。通过一些实际的代码示例，您将更好地掌握链表在C语言中的应用，从而为后续学习其他数据结构打下坚实的基础。
👓链表
1.链表的概念与分类
1.1链表的概念 :
链表是一种动态数据结构，由一系列节点（Node）组成。每个节点包含两部分：数据域（存储数据）和指针域（存储下一个节点的地址）。根据指针域的数量和方向
1.2链表的分类:
链表结构有很多种,如下图(2*2*2种):
1. 带头节点的单向非循环链表
带头节点的单向非循环链表在链表的开头有一个特殊的头节点，该头节点不存储实际数据，只用于指向第一个真正存储数据的节点。
特点：
- 增加了对链表操作的统一性，尤其是在链表为空或者操作第一个节点时更为方便。
- 尾节点指针为NULL，表示链表的结束。
2. 带头节点的单向循环链表
带头节点的单向循环链表在链表的开头有一个头节点，尾节点的指针指向头节点，形成一个环。
特点：
- 可以从链表的任何一个节点回到头节点，形成一个闭环。
- 常用于需要循环遍历的场景。
3. 带头节点的双向非循环链表
带头节点的双向非循环链表在链表的开头有一个头节点，每个节点有两个指针，分别指向前一个节点和后一个节点。
特点：
- 可以从链表的任何一个节点向前或向后遍历。
- 尾节点的后指针为NULL，表示链表的结束。
4.带头节点的双向循环链表
带头节点的双向循环链表在链表的开头有一个头节点，每个节点有两个指针，尾节点的后指针指向头节点，头节点的前指针指向尾节点，形成一个环。
特点：
- 形成一个双向闭环，可以从链表的任何一个节点双向遍历回到头节点。
- 常用于需要双向循环遍历的场景。
5. 不带头节点的单向非循环链表
不带头节点的单向非循环链表没有特殊的头节点，链表的第一个节点就是存储实际数据的节点。
特点：
- 节省了一个节点的内存，但在操作第一个节点时需要特殊处理。
- 尾节点指针为NULL，表示链表的结束。
6. 不带头节点的单向循环链表
不带头节点的单向循环链表没有头节点，尾节点的指针指向第一个节点，形成一个环。
特点：
- 可以从链表的任何一个节点回到第一个节点，形成一个闭环。
- 常用于需要循环遍历的场景。
7. 不带头节点的双向非循环链表
不带头节点的双向非循环链表没有头节点，每个节点有两个指针，分别指向前一个节点和后一个节点。
特点：
- 可以从链表的任何一个节点向前或向后遍历。
- 尾节点的后指针为NULL，表示链表的结束。
8. 不带头节点的双向循环链表
不带头节点的双向循环链表没有头节点，每个节点有两个指针，尾节点的后指针指向第一个节点，第一个节点的前指针指向尾节点，形成一个环。
特点：
- 形成一个双向闭环，可以从链表的任何一个节点双向遍历回到第一个节点。
- 常用于需要双向循环遍历的场景。
如此多的种类,我们下面只实现两种,单向链表(不带头节点的单向非循环链表)和双向链表(带头节点的双向循环链表)学会这两种之后其他种类的链表也可以自己去实现
2.单链表(不带头节点的单向非循环链表)
2.1概念与结构
概念:
不带头节点的单链表没有特殊的头节点，链表的第一个节点就是存储实际数据的节点。所有操作均直接作用于链表的第一个节点。
节点:
在链表（特别是单链表）中，节点是链表的基本组成单位。每个节点包含两个主要部分：数据域和指针域。下面是对节点的详细解释。
节点的定义
在C语言中，节点通常使用结构体（struct）来定义。一个典型的单链表节点结构如下：
struct Node { int data; // 数据域，用于存储节点的数据 struct Node* next; // 指针域，用于存储指向下一个节点的指针 }; 节点的组成
- 数据域（data）：
- 数据域存储链表中实际的数据。
- 数据类型可以根据需求变化，例如int、float、char，甚至是复杂的结构体。
- 在上述例子中，数据域的类型是int。
- 指针域（next）：
- 指针域存储指向下一个节点的指针。
- 如果这是链表中的最后一个节点，则指针域存储NULL，表示链表的结束。
- 在双向链表中，节点会包含两个指针域，一个指向下一个节点，一个指向前一个节点。
结构图示:
链表是由一个个节点所构成的,通过指针将每个节点联系起来。
2.2单链表的实现
SList.h源代码:
//SList.h文件中 #pragma once #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <assert.h> typedef int SLDataTyped; typedef struct SListNode { SLDataTyped val; struct SListNode* next; }SListNode; //链表的打印 void SListPrint(SListNode* phead); //创建新节点 SListNode* SLBuyNode(SLDataTyped x); //头部插入删除/尾部插入删除 void SListPushFront(SListNode** pphead, SLDataTyped x); void SListPushBack(SListNode** pphead, SLDataTyped x); void SListPopBack(SListNode** pphead); void SListPopFront(SListNode** pphead); //查找 SListNode* SListFind(SListNode** pphead, SLDataTyped x); //在指定位置之前插入数据 void SListInsert(SListNode** pphead, SListNode* pos, SLDataTyped x); //在指定位置之后插入数据 void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLDataTyped x); //删除pos节点 void SListErase(SListNode** pphead, SListNode* pos); //删除pos之后的节点 void SListEraseAfter(SListNode* pos); //销毁链表 void SListDestory(SListNode** pphead); 解析:
数据结构定义
typedef int SLDataTyped; typedef struct SListNode { SLDataTyped val; struct SListNode* next; } SListNode; SLDataTyped：定义链表中存储的数据类型，可以根据需要修改。SListNode：定义链表节点结构，包括数据域val和指针域next。
函数声明及其作用
创建新节点
SListNode* SLBuyNode(SLDataTyped x); - 功能：创建一个新节点，并将其值设置为
x。 - 参数：节点的值。
- 返回值：指向新创建节点的指针。
打印链表
void SListPrint(SListNode* phead); - 功能：遍历并打印整个链表。
- 参数：链表的头指针。
- 返回值：无。
头部插入节点
void SListPushFront(SListNode** pphead, SLDataTyped x); - 功能：在链表头部插入一个新节点。
- 参数：链表的头指针的指针，插入节点的值。
- 返回值：无。
尾部插入节点
void SListPushBack(SListNode** pphead, SLDataTyped x); - 功能：在链表尾部插入一个新节点。
- 参数：链表的头指针的指针，插入节点的值。
- 返回值：无。
尾部删除节点
void SListPopBack(SListNode** pphead); - 功能：删除链表尾部的节点。
- 参数：链表的头指针的指针。
- 返回值：无。
头部删除节点
void SListPopFront(SListNode** pphead); - 功能：删除链表头部的节点。
- 参数：链表的头指针的指针。
- 返回值：无。
查找节点
SListNode* SListFind(SListNode** pphead, SLDataTyped x); - 功能：在链表中查找值为
x的节点。 - 参数：链表的头指针的指针，查找的值。
- 返回值：指向找到节点的指针，找不到返回NULL。
在指定位置之前插入节点
void SListInsert(SListNode** pphead, SListNode* pos, SLDataTyped x); - 功能：在指定位置
pos之前插入一个值为x的节点。 - 参数：链表的头指针的指针，插入位置的节点指针，插入节点的值。
- 返回值：无。
在指定位置之后插入节点
void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLDataTyped x); - 功能：在指定位置
pos之后插入一个值为x的节点。 - 参数：插入位置的节点指针，插入节点的值。
- 返回值：无。
删除指定位置的节点
void SListErase(SListNode** pphead, SListNode* pos); - 功能：删除链表中指定位置
pos的节点。 - 参数：链表的头指针的指针，要删除的节点指针。
- 返回值：无。
删除指定位置之后的节点
void SListEraseAfter(SListNode* pos); - 功能：删除链表中指定位置
pos之后的节点。 - 参数：要删除其后节点的节点指针。
- 返回值：无。
销毁链表
void SListDestory(SListNode** pphead); - 功能：销毁整个链表，释放所有节点的内存。
- 参数：链表的头指针的指针。
- 返回值：无。
SList.c源代码:
//SList.c文件中 #include "SList.h" void SListPrint(SListNode* phead) { //assert(phead); SListNode* pcur = phead; while (pcur) { printf("%d->", pcur->val); pcur = pcur->next; } printf("NULL\n"); } SListNode* SLBuyNode(SLDataTyped x) { SListNode* newNode = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode)); newNode->val = x; newNode->next = NULL; return newNode; } void SListPushBack(SListNode** pphead, SLDataTyped x) { assert(pphead); SListNode* newNode = SLBuyNode(x); SListNode* pcur = *pphead; if (*pphead == NULL) { *pphead = newNode; } else { while (pcur->next) { pcur = pcur->next; } pcur->next = newNode; } } void SListPushFront(SListNode** pphead, SLDataTyped x) { assert(pphead); SListNode* newNode = SLBuyNode(x); SListNode* pcur = *pphead; if (*pphead == NULL) { *pphead = newNode; } else { newNode->next = *pphead; *pphead = newNode; } } void SListPopBack(SListNode** pphead) { assert(pphead&&*pphead); SListNode* pcur = *pphead; SListNode* prev = *pphead; if ((*pphead)->next == NULL) { free(*pphead); *pphead = NULL; } else { while (pcur->next) { prev = pcur; pcur = pcur->next; } free(pcur); pcur = NULL; prev->next = NULL; } } void SListPopFront(SListNode** pphead) { assert(pphead && *pphead); SListNode* del = *pphead; *pphead = (*pphead)->next; free(del); del = NULL; } SListNode* SListFind(SListNode** pphead, SLDataTyped x) { assert(pphead && *pphead); SListNode* pcur = *pphead; while (pcur) { if (pcur->val == x) { return pcur; } pcur = pcur->next; } return NULL; } void SListInsert(SListNode** pphead, SListNode* pos, SLDataTyped x) { assert(pphead&&*pphead); assert(pos); SListNode* pcur = *pphead; SListNode* prev = *pphead; //pos是头节点 if (pos == *pphead) { SListPushFront(pphead, x); } else { SListNode* newNode = SLBuyNode(x); while (pcur != pos) { prev = pcur; pcur = pcur->next; } prev->next = newNode; newNode->next = pos; } } void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLDataTyped x) { assert(pos); SListNode* next = pos->next; SListNode* newNode = SLBuyNode(x); newNode->next = pos->next; pos->next = newNode; } void SListErase(SListNode** pphead, SListNode* pos, SLDataTyped x) { assert(pphead && *pphead); assert(pos); SListNode* prev = *pphead; SListNode* pcur = *pphead; //头删 if (pos == *pphead) { SListPopFront(pphead); } else { while (pcur != pos) { prev = pcur; pcur = pcur->next; } prev->next = pcur->next; free(pos); pos = NULL; pcur = NULL; } } void SListEraseAfter(SListNode* pos) { assert(pos&&pos->next); SListNode* next = pos->next; SListNode* Dnext = pos->next->next; pos->next = Dnext; free(next); next = NULL; } void SListDestory(SListNode** pphead) { assert(pphead && *pphead); SListNode* pcur = *pphead; SListNode* next = NULL; while (next) { next = pcur->next; free(pcur); pcur = NULL; } *pphead = NULL; } 代码解析:
打印链表 SListPrint
void SListPrint(SListNode* phead) { SListNode* pcur = phead; while (pcur) { printf("%d -> ", pcur->val); pcur = pcur->next; } printf("NULL\n"); } - 功能：遍历链表并打印每个节点的值，以箭头形式连接每个节点。
- 实现细节：
- 使用一个指针
pcur初始化为链表的头节点phead。 - 循环遍历链表直到
pcur为空（即到达链表末尾）。 - 打印当前节点的值
pcur->val，并移动到下一个节点pcur = pcur->next。 - 最后打印
"NULL"表示链表结束。
- 使用一个指针
创建新节点 SLBuyNode
SListNode* SLBuyNode(SLDataTyped x) { SListNode* newNode = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode)); if (newNode == NULL) { printf("Memory allocation failed\n"); exit(1); } newNode->val = x; newNode->next = NULL; return newNode; } - 功能：创建一个新的链表节点并初始化其值和
next指针。 - 实现细节：
- 使用
malloc分配内存以存储新节点。 - 检查内存分配是否成功，若失败则输出错误信息并退出程序。
- 将新节点的
val设置为参数x，next设置为NULL，表示该节点为链表的末尾节点。 - 返回指向新创建节点的指针。
- 使用
头部插入节点 SListPushFront
void SListPushFront(SListNode** pphead, SLDataTyped x) { SListNode* newNode = SLBuyNode(x); // 创建一个新节点 newNode->next = *pphead; // 新节点的 next 指向当前头节点 *pphead = newNode; // 更新头节点指针，使其指向新节点 } - 功能：在链表的头部插入一个新节点。
- 实现细节：
- 创建一个新的节点
newNode并将其值初始化为x。 - 将新节点的
next指向当前的头节点*pphead。 - 更新头节点指针
*pphead，使其指向新节点newNode。
- 创建一个新的节点
尾部插入节点 SListPushBack
void SListPushBack(SListNode** pphead, SLDataTyped x) { SListNode* newNode = SLBuyNode(x); // 创建一个新节点 if (*pphead == NULL) { *pphead = newNode; // 若链表为空，直接将新节点设为头节点 } else { SListNode* pcur = *pphead; while (pcur->next) { pcur = pcur->next; // 找到链表的最后一个节点 } pcur->next = newNode; // 将新节点连接到链表的最后 } } - 功能：在链表的尾部插入一个新节点。
- 实现细节：
- 创建一个新的节点
newNode并将其值初始化为x。 - 检查链表是否为空（即
*pphead == NULL），如果是，直接将新节点设为头节点。 - 如果链表不为空，使用
pcur指针遍历链表直到找到最后一个节点。 - 将最后一个节点的
next指针指向新节点newNode，完成插入操作。
- 创建一个新的节点
头部删除节点 SListPopFront
void SListPopFront(SListNode** pphead) { assert(pphead && *pphead); // 断言链表和头节点都存在 SListNode* del = *pphead; // 记录要删除的节点 *pphead = (*pphead)->next; // 更新头节点指针，使其指向下一个节点 free(del); // 释放被删除的节点的内存 } - 功能：删除链表的头部节点。
- 实现细节：
- 使用断言
assert确保链表和头节点*pphead存在。 - 创建一个临时指针
del，指向要删除的节点*pphead。 - 更新头节点指针
*pphead，使其指向下一个节点(*pphead)->next。 - 释放被删除节点
del的内存，防止内存泄漏。
- 使用断言
尾部删除节点 SListPopBack
void SListPopBack(SListNode** pphead) { assert(pphead && *pphead); // 断言链表和头节点都存在 if (*pphead == NULL) { return; // 如果链表为空，直接返回 } SListNode* pcur = *pphead; SListNode* prev = NULL; while (pcur->next) { prev = pcur; pcur = pcur->next; // 找到链表的倒数第二个节点 } if (prev == NULL) { free(*pphead); // 若链表只有一个节点，直接释放头节点 *pphead = NULL; } else { free(pcur); // 释放最后一个节点的内存 prev->next = NULL; // 断开倒数第二个节点与最后一个节点的连接 } } - 功能：删除链表的尾部节点。
- 实现细节：
- 使用断言
assert确保链表和头节点*pphead存在。 - 如果链表为空（即
*pphead == NULL），直接返回，不进行删除操作。 - 使用
pcur指针和prev指针找到链表的倒数第二个节点prev和最后一个节点pcur。 - 如果
prev为NULL，表示链表只有一个节点，直接释放头节点*pphead。 - 否则，释放最后一个节点
pcur的内存，并断开prev->next指针与pcur的连接，完成删除操作。
- 使用断言
查找节点 SListFind
SListNode* SListFind(SListNode** pphead, SLDataTyped x) { assert(pphead && *pphead); // 断言链表和头节点都存在 SListNode* pcur = *pphead; while (pcur) { if (pcur->val == x) { return pcur; // 找到值为 x 的节点，返回该节点指针 } pcur = pcur->next; // 继续遍历下一个节点 } return NULL; // 遍历完链表未找到，返回 NULL } - 功能：在链表中查找值为
x的节点。 - 实现细节：
- 使用断言
assert确保链表和头节点*pphead存在。 - 使用
pcur指针遍历整个链表。 - 如果找到节点值等于
x的节点，返回该节点的指针pcur。 - 如果遍历完整个链表都没有找到值为
x的节点，返回NULL。
- 使用断言
在指定位置之前插入节点 SListInsert
void SListInsert(SListNode** pphead, SListNode* pos, SLDataTyped x) { assert(pphead && *pphead); // 断言链表和头节点都存在 assert(pos); // 断言插入位置 pos 存在 SListNode* pcur = *pphead; SListNode* prev = NULL; if (pos == *pphead) { SListPushFront(pphead, x); // 如果插入位置是头节点，则调用头部插入函数 } else { SListNode* newNode = SLBuyNode(x); // 创建新节点 while (pcur != pos) { prev = pcur; pcur = pcur->next; // 找到插入位置的前一个节点 prev 和插入位置节点 pos } prev->next = newNode; // 将新节点插入到 prev 和 pos 之间 newNode->next = pos; } } - 功能：在链表中指定位置
pos之前插入一个新节点。 - 实现细节：
- 使用断言
assert确保链表和头节点*pphead存在，以及插入位置pos存在。 - 创建
pcur和prev指针，用于遍历链表和记录插入位置的前一个节点。 - 如果插入位置
pos是头节点*pphead，则调用SListPushFront函数在头部插入节点。 - 否则，创建新节点
newNode并找到pos的前一个节点prev。 - 将新节点
newNode插入到prev和pos之间，完成插入操作。
- 使用断言
在指定位置之后插入节点 SListInsertAfter
void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLDataTyped x) { assert(pos); // 断言插入位置 pos 存在 SListNode* newNode = SLBuyNode(x); // 创建新节点 newNode->next = pos->next; // 将新节点的 next 指向 pos 的下一个节点 pos->next = newNode; // 将 pos 的 next 指向新节点，完成插入操作 } - 功能：在链表中指定位置
pos之后插入一个新节点。 - 实现细节：
- 使用断言
assert确保插入位置pos存在。 - 创建新节点
newNode并将其值初始化为x。 - 将新节点
newNode的next指针指向pos的下一个节点pos->next。 - 将
pos的next指针指向新节点newNode，完成插入操作。
- 使用断言
删除指定节点 SListErase
void SListErase(SListNode** pphead, SListNode* pos) { assert(pphead && *pphead); // 断言链表和头节点都存在 assert(pos); // 断言要删除的位置 pos 存在 SListNode* prev = *pphead; SListNode* pcur = *pphead; if (pos == *pphead) { SListPopFront(pphead); // 如果要删除的位置是头节点，则调用头部删除函数 } else { while (pcur != pos) { prev = pcur; pcur = pcur->next; // 找到要删除位置的前一个节点 prev 和要删除的节点 pos } prev->next = pcur->next; // 将 prev 的 next 指向 pos 的下一个节点，跳过 pos free(pos); // 释放 pos 节点的内存 } } - 功能：删除链表中指定位置
pos的节点。 - 实现细节：
- 使用断言
assert确保链表和头节点*pphead存在，以及要删除的位置pos存在。 - 创建
prev和pcur指针，用于遍历链表和记录要删除的位置pos。 - 如果要删除的位置
pos是头节点*pphead，则调用SListPopFront函数删除头部节点。 - 否则，找到
pos的前一个节点prev和要删除的节点pos。 - 将
prev的next指针指向pos的下一个节点pcur->next，跳过要删除的节点pos。 - 释放要删除节点
pos的内存，完成删除操作。
- 使用断言
删除指定节点之后的节点 SListEraseAfter
void SListEraseAfter(SListNode* pos) { assert(pos && pos->next); // 断言插入位置 pos 和 pos 的下一个节点存在 SListNode* next = pos->next; pos->next = next->next; // 将 pos 的 next 指向 pos 的下下一个节点 free(next); // 释放 pos 的下一个节点的内存 } - 功能：删除链表中指定位置
pos的下一个节点。 - 实现细节：
- 使用断言
assert确保插入位置pos存在，且pos的下一个节点pos->next存在。 - 创建
next指针指向pos的下一个节点。 - 将
pos的next指针指向next的下一个节点next->next，跳过next节点。 - 释放
next节点的内存，完成删除操作。
- 使用断言
销毁链表 SListDestory
void SListDestory(SListNode** pphead) { assert(pphead && *pphead); // 断言链表和头节点都存在 SListNode* pcur = *pphead; while (pcur) { SListNode* next = pcur->next; // 记录下一个节点的指针 free(pcur); // 释放当前节点的内存 pcur = next; // 移动到下一个节点 } *pphead = NULL; // 将头节点指针设为 NULL，完成销毁操作 } - 功能：销毁整个链表并释放所有节点的内存。
- 实现细节：
- 使用断言
assert确保链表和头节点*pphead存在。 - 使用
pcur指针遍历整个链表，依次释放每个节点的内存。 - 在释放当前节点
pcur内存之前，记录下一个节点的指针next。 - 将
pcur移动到下一个节点next，继续循环直到链表所有节点都被释放。 - 最后将头节点指针
*pphead设为NULL，完成销毁链表的操作。
- 使用断言
3.双向链表(带头节点的双向循环链表)
3.1结构
图示:
3.2双向链表的实现
List.h源代码:
//List.h文件 #pragma once #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <assert.h> typedef int LTDataType; typedef struct ListNode { LTDataType x; struct ListNode* prev; struct ListNode* next; }ListNode; void ListInit(ListNode** phead); //申请新的节点 ListNode* BuyListNode(LTDataType x); //打印节点 void ListPrint(ListNode* phead); //尾插尾删/头插头删 void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType x); void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType x); void ListPopBack(ListNode* phead); void ListPopFront(ListNode* phead); //查找 ListNode* ListFind(ListNode* phead,LTDataType x); //在pos位置之后插入数据 void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x); //删除pos位置的数据 void ListErase(ListNode* pos); //链表的销毁 void ListDestory(ListNode** pphead); 源码解析:
头文件保护和包含的头文件
#pragma once #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <assert.h> - 功能：使用
#pragma once实现头文件的单次包含保护，避免多重包含问题。 - 头文件：包含了
stdio.h（标准输入输出）、stdlib.h（标准库函数）、assert.h（断言）。
定义节点结构体和数据类型
typedef int LTDataType; typedef struct ListNode { LTDataType x; struct ListNode* prev; struct ListNode* next; } ListNode; - 功能：定义了双向链表的节点结构体
ListNode和节点值的数据类型LTDataType。 - 结构体成员：
x：节点的数据成员。prev：指向前一个节点的指针。next：指向后一个节点的指针。
1. void ListInit(ListNode** phead);
- 功能：初始化双向链表。
- 参数：指向链表头节点指针的指针
phead。通过修改phead的值来更新链表头指针。
2. ListNode* BuyListNode(LTDataType x);
- 功能：申请并返回一个新的链表节点。
- 参数：节点的数据成员的值
x。 - 返回值：指向新节点的指针。
3. void ListPrint(ListNode* phead);
- 功能：打印双向链表的所有节点值。
- 参数：指向链表头节点的指针
phead。
4. void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType x);
- 功能：在链表尾部插入一个新节点。
- 参数：指向链表头节点的指针
phead，新节点的数据成员的值x。
5. void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType x);
- 功能：在链表头部插入一个新节点。
- 参数：指向链表头节点的指针
phead，新节点的数据成员的值x。
6. void ListPopBack(ListNode* phead);
- 功能：删除链表尾部的节点。
- 参数：指向链表头节点的指针
phead。
7. void ListPopFront(ListNode* phead);
- 功能：删除链表头部的节点。
- 参数：指向链表头节点的指针
phead。
8. ListNode* ListFind(ListNode* phead, LTDataType x);
- 功能：查找链表中第一个值为
x的节点。 - 参数：指向链表头节点的指针
phead，要查找的值x。 - 返回值：指向找到的节点的指针，若未找到则返回
NULL。
9. void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x);
- 功能：在指定节点
pos后插入一个新节点。 - 参数：指定位置节点的指针
pos，新节点的数据成员的值x。
10. void ListErase(ListNode* pos);
- 功能：删除指定节点
pos。 - 参数：指向链表中待删除节点的指针
pos。
11. void ListDestory(ListNode** pphead);
- 功能：销毁整个链表及其所有节点。
- 参数：指向链表头节点指针的指针
pphead。通过将所有节点释放，并将*pphead设置为NULL来实现。
List.c源码
//List.c文件 #include "List.h" void ListInit(ListNode** phead) { assert(phead); *phead = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode)); (*phead)->x = -1; (*phead)->next = *phead; (*phead)->prev = *phead; } ListNode* BuyListNode(LTDataType x) { ListNode* newNode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode)); newNode->x = x; newNode->next = newNode; newNode->prev = newNode; return newNode; } void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType x) { assert(phead); ListNode* tail = phead->prev; ListNode* newNode = BuyListNode(x); newNode->next = phead; newNode->prev = tail; tail->next = newNode; phead->prev = newNode; } void ListPrint(ListNode* phead) { assert(phead); ListNode* pcur = phead->next; while (pcur != phead) { printf("%d->", pcur->x); pcur = pcur->next; } printf("\n"); } void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType x) { assert(phead); ListNode* newNode = BuyListNode(x); phead->next->prev = newNode; newNode->next = phead->next; newNode->prev = phead; phead->next = newNode; } void ListPopBack(ListNode* phead) { assert(phead); assert(phead->next != phead); ListNode* del = phead->prev; del->prev->next = phead; phead->prev = del->prev; free(del); del = NULL; } void ListPopFront(ListNode* phead) { assert(phead); assert(phead->next != phead); ListNode* del = phead->next; phead->next = del->next; del->next->prev = phead; free(del); del = NULL; } ListNode* ListFind(ListNode* phead, LTDataType x) { assert(phead); assert(phead->next != phead); ListNode* pcur = phead->next; while (pcur != phead) { if (pcur->x == x) { return pcur; } pcur = pcur->next; } return NULL; } void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x) { assert(pos); ListNode* newNode = BuyListNode(x); pos->next->prev = newNode; newNode->next = pos->next; newNode->prev = pos; pos->next = newNode; } void ListErase(ListNode* pos) { assert(pos); pos->prev->next = pos->next; pos->next->prev = pos->prev; free(pos); pos == NULL; } void ListDestory(ListNode** pphead) { assert(pphead); assert(*pphead != NULL); ListNode* pcur = (*pphead)->next; ListNode* next = pcur->next; while (pcur != *pphead) { free(pcur); pcur = next; next = pcur->next; } free(*pphead); *pphead = NULL; } 源码解析:
1. void ListInit(ListNode** phead)
void ListInit(ListNode** phead) { assert(phead); *phead = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode)); (*phead)->x = -1; (*phead)->next = *phead; (*phead)->prev = *phead; } 功能：初始化双向循环链表。
实现过程：
- 使用
malloc分配内存以存储头节点。 - 将头节点的数据域
x初始化为-1，表示头节点。 - 将头节点的
next和prev指针都指向自身，形成一个空链表的循环结构。
2. ListNode* BuyListNode(LTDataType x)
ListNode* BuyListNode(LTDataType x) { ListNode* newNode = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode)); newNode->x = x; newNode->next = newNode; newNode->prev = newNode; return newNode; } 功能：申请并返回一个新的链表节点。
实现过程：
- 使用
malloc分配内存以存储新节点。 - 将新节点的数据域
x初始化为参数x。 - 将新节点的
next和prev指针都指向自身，表示新节点单独存在时的循环结构。
3. void ListPrint(ListNode* phead)
void ListPrint(ListNode* phead) { assert(phead); ListNode* pcur = phead->next; while (pcur != phead) { printf("%d->", pcur->x); pcur = pcur->next; } printf("\n"); } 功能：打印双向循环链表的所有节点值。
实现过程：
- 从链表的第一个节点开始遍历，直到回到头节点
phead。 - 使用
printf打印每个节点的数据域x的值，并在末尾输出换行符。
4. void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType x)
void ListPushBack(ListNode* phead, LTDataType x) { assert(phead); ListNode* tail = phead->prev; ListNode* newNode = BuyListNode(x); newNode->next = phead; newNode->prev = tail; tail->next = newNode; phead->prev = newNode; } 功能：在链表尾部插入一个新节点。
实现过程(在实现这些函数时我们都需要画图辅组我们写代码.)：
- 找到链表尾部节点
tail，即phead->prev。 - 创建一个新节点
newNode，并将其next指向头节点phead，将其prev指向tail。 - 更新
tail和phead的next和prev指针，使新节点插入到尾部。
图示:
5. void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType x)
void ListPushFront(ListNode* phead, LTDataType x) { assert(phead); ListNode* newNode = BuyListNode(x); phead->next->prev = newNode; newNode->next = phead->next; newNode->prev = phead; phead->next = newNode; } 功能：在链表头部插入一个新节点。
实现过程：
- 创建一个新节点
newNode。 - 将新节点的
next指向头节点的next，将新节点的prev指向头节点phead。 - 更新头节点
phead和原头节点的next节点的prev指针，使新节点插入到头部。
6. void ListPopBack(ListNode* phead)
void ListPopBack(ListNode* phead) { assert(phead); assert(phead->next != phead); ListNode* del = phead->prev; del->prev->next = phead; phead->prev = del->prev; free(del); del = NULL; } 功能：删除链表尾部的节点。
实现过程：
- 找到链表尾部节点
del，即phead->prev。 - 更新
del节点前后节点的next和prev指针，使尾部节点从链表中删除。 - 释放
del节点的内存。
7. void ListPopFront(ListNode* phead)
void ListPopFront(ListNode* phead) { assert(phead); assert(phead->next != phead); ListNode* del = phead->next; phead->next = del->next; del->next->prev = phead; free(del); del = NULL; } 功能：删除链表头部的节点。
实现过程：
- 找到头部节点
del，即phead->next。 - 更新头节点
phead和原头节点的next节点的prev指针，使头部节点从链表中删除。 - 释放
del节点的内存。
8. ListNode* ListFind(ListNode* phead, LTDataType x)
ListNode* ListFind(ListNode* phead, LTDataType x) { assert(phead); assert(phead->next != phead); ListNode* pcur = phead->next; while (pcur != phead) { if (pcur->x == x) { return pcur; } pcur = pcur->next; } return NULL; } 功能：查找链表中第一个值为 x 的节点。
实现过程：
- 从链表的第一个节点开始遍历，直到回到头节点
phead。 - 比较每个节点的数据域
x和参数x，找到匹配的节点则返回其指针，否则返回NULL。
9. void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x)
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x) { assert(pos); ListNode* newNode = BuyListNode(x); pos->next->prev = newNode; newNode->next = pos->next; newNode->prev = pos; pos->next = newNode; } 功能：在指定节点 pos 后插入一个新节点。
实现过程：
- 创建一个新节点
newNode。 - 将新节点的
next指向pos节点的next，将新节点的prev指向pos节点。 - 更新
pos节点和pos后面节点的prev指针，使新节点插入到指定位置。
10. void ListErase(ListNode* pos)
void ListErase(ListNode* pos) { assert(pos); pos->prev->next = pos->next; pos->next->prev = pos->prev; free(pos); pos = NULL; } 功能：删除指定节点 pos。
实现过程：
- 更新
pos节点前后节点的next和prev指针，使节点pos从链表中删除。 - 释放
pos节点的内存。
11. void ListDestory(ListNode** pphead)
void ListDestory(ListNode** pphead) { assert(pphead); assert(*pphead != NULL); ListNode* pcur = (*pphead)->next; ListNode* next = pcur->next; while (pcur != *pphead) { free(pcur); pcur = next; next = pcur->next; } free(*pphead); *pphead = NULL; } 功能：销毁整个链表及其所有节点。
实现过程：
- 从链表的第一个节点开始，逐个释放每个节点的内存，直到回到头节点。
- 最后释放头节点的内存，并将
*pphead置为NULL。
4.顺序表和链表的对比
4.1 存储结构
- 顺序表（数组）：
- 存储方式：使用一段连续的内存空间存储元素，通过索引访问元素。
- 特点：随机访问速度快，时间复杂度为 O(1)；插入和删除元素时，需要移动大量元素，时间复杂度为 O(n)。
- 链表：
- 存储方式：使用不连续的内存空间，每个节点存储数据和指向下一个节点的指针。
- 特点：插入和删除元素方便，时间复杂度为 O(1)，只需修改指针；随机访问效率较低，需从头节点遍历到目标节点，时间复杂度为 O(n)。
4.2 内存管理
- 顺序表：
- 内存管理：动态顺序表在实现时通常会预留一定的空间，当元素数量超过当前容量时，会动态扩展内存空间。这通常涉及到重新分配更大的内存块，并将原有数据复制到新的内存中，然后释放旧内存。
- 优点：在元素数量不断增加时，仍然可以保持高效的随机访问性能，而且相比静态顺序表更加灵活。
- 缺点：动态扩展和内存重新分配可能会导致性能开销，特别是在频繁操作大量数据时。
- 链表：
- 内存分配：节点动态分配，每个节点独立管理内存。
- 优点：插入和删除效率高，不会造成内存碎片。
- 缺点：每个节点额外需要存储指针信息，占用更多内存空间；随机访问效率低下。
4.3 适用场景
- 顺序表：
- 当需要高效的随机访问
- 链表：
- 当需要频繁插入和删除操作，而不关心随机访问效率时。
🥇结语
通过本篇文章的学习，您应该已经掌握了链表的基本概念、创建和操作方法，以及链表在C语言中的应用。链表作为一种灵活且高效的线性数据结构，在许多编程场景中都有广泛的应用。希望通过这些知识，您能够更好地理解和运用链表，从而为进一步学习和掌握更复杂的数据结构打下坚实的基础。感谢您阅读HanLop博客，期待在下一篇文章中继续与您探讨更多有趣的数据结构和算法。
