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一、单链表的原理
本章节紧跟上一篇文章《顺序表的实现》来继续讲述线性表的一种:单链表。
前面我们讲的线性表的顺序存储结构。它是有缺点的,最大的缺点就是插入和删除时需要移动大量元素,这显然就需要耗费时间。能不能想办法解决呢?
要解决这个问题,我们就得考虑一下导致这个问题的原因。为什么当插入和删除时,就要移动大量元素,仔细分析后,发现原因就在于相邻两元素的存储位置也具有邻居关系。它们编号是1,2,3,…,n,它们在内存中的位置也是挨着的,中间没有空隙,当然就无法快速介入,而删除后,当中就会留出空隙,自然需要弥补。问题就出在这里。
我们可以在第一个元素时,就知道第二个元素的位置(内存地址),而找到它;在第二个元素时,再找到第三个元素的位置(内存地址)。这样所有的元素我们就都可以通过遍历而找到,而这就是单链表的特点,如下图所示。
而链表的结构则如下图所示,第一个节点的指针由头节点所指,第二个节点的指针由第一个节点所指,以此类推。
二、单链表的实现
1.单链表的定义
定义一些功能常量和单链表的结构。
这里需要注意的是,我给链表起别名的是一个指针,后面我们在实现链表功能的时候,我们传递函数参数的时候要传递的是一个双指针(LinkList* L)。 这是因为链表的结构使然,因为链表存储的是其他链表的指针,它是一个地址,后面我们在进行链表的增加和删除的时候,会经常涉及到指针的变化。
如果函数的参数是本身一级指针,那么在函数内部对指针的修改将不会反映到函数外部,因为函数接收到的是指针的一个副本。使用指针的指针作为参数,则可以确保在函数内部对指针的修改能够反映到原始的指针上。
typedef struct Node* LinkList;
#include <iostream>
#define MAX_SIZE 20
#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0
typedef int Status;
typedef int ElemType;
typedef struct Node
{
ElemType data;
struct Node* next;
}Node;
typedef struct Node* LinkList;
2.单链表的初始化
链表的初始化主要是为头节点分配内存空间,使它的data 和 next 都指向为 NULL,方便我们后续的操作。
Status InitList(LinkList* L)
{
*L = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
if (*L == NULL) return ERROR;
(*L)->data = 0;
(*L)->next = NULL;
return OK;
}
3.清空单链表
对链表进行清空操作,因为是用 malloc 进行分配的空间,对堆中的空间进行释放操作。
Status ClearList(LinkList* L)
{
LinkList p, q;
p = (*L)->next;
while (p != NULL)
{
q = p->next;
free(p);
p = q;
}
(*L)->next = NULL;
return OK;
}
4.单链表是否为空
判断头节点指向的元素是否为空。即 next 是否为 NULL。
Status isListEmpty(LinkList L)
{
if (L->next == NULL) return TRUE;
return FALSE;
}
5.单链表的长度
求链表的长度,定义一个变量,然后用while循环遍历链表。
int ListLength(LinkList L)
{
int num{ 0 };
LinkList temp = L->next;
while (temp != NULL)
{
temp = temp->next;
num++;
}
return num;
}
6.获取指定位置 i 的元素
定义一个变量,进行while操作,判断是否与指定位置 i 相同,获取其节点值。
Status GetElem(LinkList L, int i, ElemType* e)
{
int num{ 1 };
LinkList temp = L->next;
while (temp != NULL && num < i)
{
temp = temp->next;
num++;
}
if (temp == NULL || num > i) return ERROR;
*e = temp->data;
}
7.获取指定元素 e 的位置
和上述功能类似,返回值为 int 位置。
int LocateElem(LinkList L, ElemType* e)
{
int num{ 0 };
LinkList temp = L->next;
while (temp != NULL)
{
num++;
if (temp->data = *e)
{
return num;
}
temp = temp->next;
}
return 0;
}
8.向链表中插入指定位置的元素
此功能为链表的难点所在,需要根据图像理解实现,如下图所示。
Status LinkInsert(LinkList* L, int i, ElemType e)
{
int j;
LinkList p, s;
p = *L;
j = 1;
while (p != NULL && j < i)
{
p = p->next;
++j;
}
if (!p || j > i) return ERROR;
s = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
if (s == NULL) return ERROR;
s->data = e;
s->next = p->next;
p->next = s;
return OK;
}
9.向链表中删除指定位置的元素
和上功能类似,如图所示。
Status LinkDelete(LinkList* L, int i, ElemType* e)
{
int j;
LinkList p, s;
j = 1;
p = (*L);
while (p != NULL && j < i)
{
p = p->next;
++j;
}
if (!p || j > i) return ERROR;
s = p->next;
p->next = s->next;
*e = s->data;
free(s);
return OK;
}
10.遍历链表中的元素
功能比较简单,通过不断遍历打印其节点的data值。
Status visit(ElemType e)
{
printf("%d->", e);
return OK;
}
Status ListTraverse(LinkList L)
{
LinkList p = L->next;
while (p != NULL)
{
visit(p->data);
p = p->next;
}
printf("\n");
return OK;
}
三、打印测试功能
1.测试
测试主要为测试以上的功能是否可以实现。
int TestSingleList()
{
LinkList L;
ElemType e;
Status ret;
int j, k;
// 初始化
ret = InitList(&L);
printf("初始化长度:%d\n", ListLength(L));
for(j = 1; j <= 5; j++)
{
ret = LinkInsert(&L, 1, j);
}
printf("插入5个元素后:");
ListTraverse(L);
ret = isListEmpty(L);
printf("是否为空,%d\n", ret);
ret = ClearList(&L);
printf("清空后的长度:%d\n", ListLength(L));
printf("是否为空,%d\n", ret);
for (j = 1; j <= 10; j++)
{
ret = LinkInsert(&L, j, j);
}
printf("插入10个元素后:");
ListTraverse(L);
LinkInsert(&L, 3, 100);
printf("在第2个节点后面增加元素100:");
ListTraverse(L);
LinkDelete(&L, 2, &e);
printf("删除第二个节点,节点元素为%d :", e);
ListTraverse(L);
ClearList(&L);
return 0;
}
2.结果输出
结果输出如图所示:
3.总代码
总代码如下:
#include <iostream>
#define MAX_SIZE 20
#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0
typedef int Status;
typedef int ElemType;
typedef struct Node
{
ElemType data;
struct Node* next;
}Node;
typedef struct Node* LinkList;
Status visit(ElemType e)
{
printf("%d->", e);
return OK;
}
Status InitList(LinkList* L)
{
*L = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
if (*L == NULL) return ERROR;
(*L)->data = 0;
(*L)->next = NULL;
return OK;
}
Status ClearList(LinkList* L)
{
LinkList p, q;
p = (*L)->next;
while (p != NULL)
{
q = p->next;
free(p);
p = q;
}
(*L)->next = NULL;
return OK;
}
Status isListEmpty(LinkList L)
{
if (L->next == NULL) return TRUE;
return FALSE;
}
int ListLength(LinkList L)
{
int num{ 0 };
LinkList temp = L->next;
while (temp != NULL)
{
temp = temp->next;
num++;
}
return num;
}
Status GetElem(LinkList L, int i, ElemType* e)
{
int num{ 1 };
LinkList temp = L->next;
while (temp != NULL && num < i)
{
temp = temp->next;
num++;
}
if (temp == NULL || num > i) return ERROR;
*e = temp->data;
}
int LocateElem(LinkList L, ElemType* e)
{
int num{ 0 };
LinkList temp = L->next;
while (temp != NULL)
{
num++;
if (temp->data = *e)
{
return num;
}
temp = temp->next;
}
return 0;
}
Status LinkInsert(LinkList* L, int i, ElemType e)
{
int j;
LinkList p, s;
p = *L;
j = 1;
while (p != NULL && j < i)
{
p = p->next;
++j;
}
if (!p || j > i) return ERROR;
s = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
if (s == NULL) return ERROR;
s->data = e;
s->next = p->next;
p->next = s;
return OK;
}
Status LinkDelete(LinkList* L, int i, ElemType* e)
{
int j;
LinkList p, s;
j = 1;
p = (*L);
while (p != NULL && j < i)
{
p = p->next;
++j;
}
if (!p || j > i) return ERROR;
s = p->next;
p->next = s->next;
*e = s->data;
free(s);
return OK;
}
Status ListTraverse(LinkList L)
{
LinkList p = L->next;
while (p != NULL)
{
visit(p->data);
p = p->next;
}
printf("\n");
return OK;
}
Status CreateListHead(LinkList* L,int n)
{
LinkList p;
srand((unsigned)time(0));
*L = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
if (*L == NULL) return ERROR;
(*L)->next = NULL;
for (int i = 0; i < n; i++)
{
p = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
if (p == NULL) return ERROR;
p->data = rand() % 100 + 1;
p->next = (*L)->next;
(*L)->next = p;
}
return OK;
}
Status CreateListTail(LinkList* L,int n)
{
LinkList p, r;
srand((unsigned)time(0));
*L = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
if (*L == NULL) return ERROR;
(*L)->next = NULL;
r = (*L);
for (int i = 0; i < n; i++)
{
p = (LinkList)malloc(sizeof(Node));
if (p == NULL) return ERROR;
p->data = rand() % 100 + 1;
r->next = p;
r = p;
}
return OK;
}
int TestSingleList()
{
LinkList L;
ElemType e;
Status ret;
int j, k;
// 初始化
ret = InitList(&L);
printf("初始化长度:%d\n", ListLength(L));
for(j = 1; j <= 5; j++)
{
ret = LinkInsert(&L, 1, j);
}
printf("插入5个元素后:");
ListTraverse(L);
ret = isListEmpty(L);
printf("是否为空,%d\n", ret);
ret = ClearList(&L);
printf("清空后的长度:%d\n", ListLength(L));
printf("是否为空,%d\n", ret);
for (j = 1; j <= 10; j++)
{
ret = LinkInsert(&L, j, j);
}
printf("插入10个元素后:");
ListTraverse(L);
LinkInsert(&L, 3, 100);
printf("在第2个节点后面增加元素100:");
ListTraverse(L);
LinkDelete(&L, 2, &e);
printf("删除第二个节点,节点元素为%d :", e);
ListTraverse(L);
ClearList(&L);
return 0;
}
int main()
{
return TestSingleList();
}
标签:单链,return,线性表,temp,int,NULL,next,LinkList,数据结构
From: https://blog.csdn.net/m0_62681656/article/details/141092751