【数据结构与算法】单向链表的实现(下)

简介: 【数据结构与算法】单向链表的实现(下)

头插数据


1.申请新节点newnode

2.新节点指向原来的头节点newnode->next = *pphead

3.改变头节点*pphead = newnode

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


尾插数据


1.申请新节点newnode

2.当链表为空时,此时的尾插数据为头插数据。需要改变头节点*pphead = newnode

3.当链表不为空时,需要找到尾结点tail,原来的尾结点指向新节点tail->next = newnode,这样节点newnode就成为新的尾结点了

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// 尾插数据
void SListPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{
  assert(pphead);
  SLTNode* newnode = BuySLTNode(x);
  // 链表为空
  if (*pphead == NULL)
  {
    *pphead = newnode;
  }
  else
  {
    // 找尾节点
    SLTNode* tail = *pphead;
    while (tail->next)
    {
      tail = tail->next;
    }
    tail->next = newnode;
  }
}


尾删数据


1.对*pphead进行断言,判断链表是否为空链表

2.当(*pphead)->next == NULL时,链表只有一个节点。此时尾删数据为头删数据。需要先释放节点free(*pphead),再改变头节点*pphead = NULL

3.当(*pphead)->next != NULL时,链表有多个节点。此时需要找到尾结点tail和尾结点的上一个节点prev,先释放尾结点free(tail),再让尾结点的上一个节点成为新的尾结点prev->next = NULL

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// 尾删数据
void SListPopBack(SLTNode** pphead)
{
  assert(pphead);
  assert(*pphead);// 判断是否为空链表
  // 只有一个节点
  if ((*pphead)->next == NULL)
  {
    free(*pphead);
    *pphead = NULL;
  }
  else
  {
    SLTNode* tail = *pphead;
    SLTNode* prev = NULL;
    while (tail->next)
    {
      prev = tail;
      tail = tail->next;
    }
    free(tail);
    tail = NULL;
    prev->next = NULL;
    //SLTNode* tail = *pphead;
    //while (tail->next->next)
    //{
    //  tail = tail->next;
    //}
    //free(tail->next);
    //tail->next = NULL;
  }
}


头删数据


1.判断链表是否为空链表

2.保存新的头节点newHead = (*pphead)->next

3.是否旧的头节点free(*pphead)

4.改变头节点*pphead = newHead

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// 头删数据
void SListPopFront(SLTNode** pphead)
{
  assert(pphead);
  assert(*pphead); // 判断是否为空链表
  SLTNode* newHead = (*pphead)->next; // 新的头节点
  free(*pphead); // 释放旧的头节点
  *pphead = newHead;
}


查找数据


利用while循环遍历链表,如果有节点的数据等于要查找的数据x,就返回节点的地址cur;如果在链表中找不到x,就返回空指针NULL


// 查找数据
SLTNode* SListFind(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{
  SLTNode* cur = phead;
  // 循环遍历链表
  while (cur)
  {
    if (cur->data == x)
    {
      return cur; // 找到了
    }
    cur = cur->next; // 继续往后找
  }
  return NULL; // 没找到
}


pos位置之前插入数据


1.对pos位置进行断言

2.当*pphead == pos时,此时的插入数据为头插数据

3.当*pphead != pos时,利用while循环pos位置的前一个位置prev,申请新节点newnode,插入数据prev->next = newnode, newnode->next = pos

4.注意:需要在while循环中对prev进行断言assert(prev)。如果prev为空,那么就说明pos不在链表中,参数pos传错了

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// 在pos位置之前插入
void SListInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
  assert(pphead);
  assert(pos);
  // 头插
  if (*pphead == pos)
  {
    SListPushFront(pphead, x);
  }
  else
  {
    SLTNode* prev = *pphead;
    while (prev->next != pos)
    {
      prev = prev->next;
      assert(prev);
      // 暴力检查,如果prev为空,那么就说明pos不在链表中,参数pos传错了
    }
    SLTNode* newnode = BuySLTNode(x);
    prev->next = newnode;
    newnode->next = pos;
  }
}

pos位置之后插入数据


申请新节点newnode,插入数据newnode->next = pos->next, pos->next = newnode(特别要注意修改的顺序)。

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// 在pos位置之后插入
void SListInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x)
{
  assert(pos);
  SLTNode* newnode = BuySLTNode(x);
  newnode->next = pos->next;
  pos->next = newnode;
}


删除pos位置的数据


1.当*pphead == pos时,此时的删除数据为头删数据,可以调用头删函数SListPopFront

2.当*pphead != pos时,利用while循环找到pos位置的前一个位置prev。删除数据prev->next = pos->next, free(pos)

3.注意:需要在while循环中对prev进行断言assert(prev)。如果prev为空,那么就说明pos不在链表中,参数pos传错了

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// 删除pos位置的数据
void SListErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{
  assert(pphead);
  assert(pos);
  // 头删数据
  if (*pphead == pos)
  {
    SListPopFront(pphead);
  }
  else
  {
    SLTNode* prev = *pphead;
    while (prev->next != pos)
    {
      prev = prev->next;
      assert(prev);
      // 暴力检查,如果prev为空,那么就说明pos不在链表中,参数pos传错了
    }
    prev->next = pos->next;
    free(pos);
  }
}


删除pos位置之后的数据


1.当pos->next == NULL时,直接返回return

2.保存pos位置的下一个位置next,删除数据pos->next = next->next, free(next)

02b74b218e3842a3b4cfed3629ea0dbf.png


// 删除pos位置之后的数据
void SListEraseAfter(SLTNode* pos)
{
  assert(pos);
  // pos位置执行NULL
  if (pos->next == NULL)
  {
    return;
  }
  else
  {
    SLTNode* next = pos->next;
    pos->next = next->next;
    free(next);
  }
}


Test.c


Test.c源文件主要负责测试函数的功能实现是否正确,有没有BUG。需要提醒大家的一件事,学习数据结构不太需要写菜单,没什么必要。重点的是掌握该结构如何实现增删查改的功能。


#include "SList.h"
#include "SList.h"
// 测试头插、头删
void TestSList1()
{
  SLTNode* plist = NULL;
  SListPushFront(&plist, 1);
  SListPushFront(&plist, 2);
  SListPushFront(&plist, 3);
  SListPushFront(&plist, 4);
  SListPrint(plist); // 4->3->2->1->NULL
  SListPopFront(&plist);
  SListPrint(plist); // 3->2->1->NULL
  SListPopFront(&plist);
  SListPrint(plist); // 2->1->NULL
  SListPopFront(&plist);
  SListPrint(plist); // 1->NULL
  SListPopFront(&plist);
  SListPrint(plist); // NULL
  SListDestory(&plist);
}
// 测试尾插、尾删
void TestSList2()
{
  SLTNode* plist = NULL;
  SListPushBack(&plist, 1);
  SListPushBack(&plist, 2);
  SListPushBack(&plist, 3);
  SListPushBack(&plist, 4);
  SListPrint(plist); // 1->2->3->4->NULL
  SListPopBack(&plist);
  SListPrint(plist); // 1->2->3->NULL
  SListPopBack(&plist);
  SListPrint(plist); // 1->2->NULL
  SListPopBack(&plist);
  SListPrint(plist); // 1->NULL
  SListPopBack(&plist);
  SListPrint(plist); //NULL
  SListDestory(&plist);
}
// 测试查找、插入
void TestSList3()
{
  SLTNode* plist = NULL;
  SListPushBack(&plist, 1);
  SListPushBack(&plist, 2);
  SListPushBack(&plist, 3);
  SListPushBack(&plist, 4);
  SListPushBack(&plist, 2);
  SListPushBack(&plist, 2);
  SListPrint(plist); // 1->2->3->4->2->2->NULL
  SLTNode* pos = SListFind(plist, 2);
  int i = 1;
  while (pos)
  {
    printf("第%d个pos节点:%p->%d\n", i++, pos, pos->data);
    pos = SListFind(pos->next, 2);
  }
  pos = SListFind(plist, 3);
  if (pos)
  {
    pos->data *= 10; // 修改
    printf("该数据已修改为原来的10倍\n");
  }
  else
  {
    printf("链表中没有该数据\n");
  }
  SListPrint(plist); // 1->2->30->4->2->2->NULL
  pos = SListFind(plist, 2);
  if (pos)
  {
    SListInsert(&plist, pos, 20);
  }
  SListPrint(plist); // 1->20->2->30->4->2->2->NULL
  pos = SListFind(plist, 1);
  if (pos)
  {
    SListInsert(&plist, pos, 10);
  }
  SListPrint(plist); // 10->1->20->2->30->4->2->2->NULL
  SListDestory(&plist);
}
// 测试删除
void TestSList4()
{
  SLTNode* plist = NULL;
  SListPushBack(&plist, 1);
  SListPushBack(&plist, 2);
  SListPushBack(&plist, 3);
  SListPushBack(&plist, 4);
  SListPrint(plist); // 1->2->3->4->NULL
  SLTNode* pos = SListFind(plist, 4);
  SListInsertAfter(pos, 40);
  SListPrint(plist); //1->2->3->4->40->NULL
  pos = SListFind(plist, 3);
  SListErase(&plist, pos);
  SListPrint(plist); // 1->2->4->40->NULL
  pos = SListFind(plist, 4);
  SListEraseAfter(pos);
  SListPrint(plist); // 1->2->4->NULL
  SListDestory(&plist);
}
int main()
{
  //TestSList1();
  //TestSList2();
  //TestSList3();
  TestSList4();
  return 0;
}

👉单向链表的问题和思考👈


为了解决动态顺序表的问题,我们采取了单向链表的结构。但是,单向链表这种结构只适合头插和头删(时间复杂度为O(1))。能够真正实现任意位置的高效插入删除,还需要学习双向链表。这种结构将会在下一篇博客中讲解,敬请期待。



要求时间复杂度为O(1),删除pos位置的数据,能实现吗?


在上面的讲解中,删除pos位置的数据,需要找到它的前一个位置prev才能删除,那么这样时间复杂度就是O(N)了。那有没有一种方式能做到时间复杂度为O(1)呢?其实是有的,请看下图:

16ca86373dbb419197bba619e6f89cd1.png


要求时间复杂度为O(1),在pos位置之前插入数据,能实现吗?


在上面的讲解中,在pos位置之前插入数据,需要找到pos位置的前一个位置prev才能将新节点newnode插入到链表中。这样的解法时间复杂度也是O(N)。那有没有一种方式能做到时间复杂度为O(1)呢?其实也是有的,请看下图:


3b8a367bb78542159ae957438eaa8c03.png


👉总结👈


为了解决顺序表插入删除时间复杂度高、扩容的问题,我们引入了单向链表的结构并实现其函数接口。不过单向链表只有头插头删时间复杂度为O(1),其他位置的插入删除都是O(N)。想要实现高效地插入删除,就要学习双向链表的结构了,这个会在下一篇博客讲解。以上就是本篇博客的全部内容了,如果大家觉得有收获的话,可以点个三连支持一下!谢谢大家啦!💖💝❣️

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