前言
上一篇文章，我们学习了顺序表，在文章的最后，我们提出了一些顺序表存在的问题和缺陷。
我们再来回顾一下，对于顺序表来说：
中间/头部的插入删除，时间复杂度为O(N)
realloc扩容（特别是异地扩，需要申请新空间，拷贝数据，释放旧空间）会有不小的消耗。
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。
那么如何解决上述问题呢？
针对这些问题，又引出了另一种线性表——链表。
我们一起来看看：
1. 链表的概念及结构
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 。
链表由一系列结点（链表中每一个元素称为结点）组成，结点可以在运行时动态生成。每个结点包括两个部分（单链表）：一个是存储数据元素的数据域，另一个是存储下一个结点地址的指针域。 相比于线性表顺序结构，操作复杂。
由于不必须按顺序存储，链表在插入的时候可以达到O(1)的复杂度，比另一种线性表顺序表快得多，但是查找一个节点或者访问特定编号的节点则需要O(n)的时间，而线性表和顺序表相应的时间复杂度分别是O(logn)和O(1)。
链表也是线性表的一种。
2. 链表的分类
实际中链表的结构非常多样。
我们先一起看看，先了解一下：
- 单向或者双向
- 带头或者不带头
- 循环或者非循环
- 虽然有这么多的链表的结构，但是我们实际中最常用还是两种结构：
- 无头单向非循环链表：结构简单，一般不会单独用来存数据。实际中更多是作为其他数据结构的子结构，如哈希桶、图的邻接表等等。
另外这种结构在笔试面试中出现很多。
带头双向循环链表：结构最复杂，一般用在单独存储数据。实际中使用的链表数据结构，都是带头双向循环链表。另外这个结构虽然结构复杂，但是使用代码实现以后会发现结构会带来很多优势，实现反而简单了，后面我们代码实现了就知道了。
这篇文章我们重点给大家介绍的就是无头（不带头结点）单向非循环链表。
下面我们一起来学习：
3. 无头单向非循环链表的实现
就是这个：
它由多个结点组成，每个结点包含两部分，一个是存储数据元素的数据域，另一个是存储下一个结点地址的指针域。
这样，通过前一个结点的指针域中存储的地址，就可以找到下一个结点，我们也常说它指向下一个结点。
因此就得到了向上面那样的图。
但是，这样的图，我们把它称为逻辑图，一个结点有一个箭头指向下一个结点，依次链接。
但是在内存中，这样的箭头真实存在吗？
显然是不存在的，这只是我们想象出来的，为了方便我们理解的。
对于单链表，它真实的物理结构应该是这样的：
这里的箭头帮助大家理解，真实是不存在的。
这里我们讲的是不带头结点（在单链表的第一个结点之前附设一个结点，它没有直接前驱，称之为头结点。头结点的数据域可以不存储任何信息）的单链表，因为大部分OJ题中都是不带头的。
图中的Plist叫做头指针，它直接指向了第一个有效的结点。
最后一个结点的指针域存放空指针NULL。
下面我们就用C语言实现一下单链表：
3.1 结构
typedef int SLTDataType; typedef struct SListNode { SLTDataType data; struct SListNode* next; }SLTNode;
因为单链表是由一系列结点构成的，所以我们只需要给出结点的结构，创建一个个的结点，然后把它们链接起来就构成了链表。
因为每个结点包含两部分，所以我们放在了一个结构体中。
3.2 创建结点
SLTNode* CreateNode(SLTDataType x) { SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode)); if (newnode == NULL) { perror("malloc fail"); exit(-1); } newnode->data = x; newnode->next = NULL; return newnode; }
我们单链表创建的结点是使用malloc在堆上动态申请的空间，大家有没有想过：
为什么要这样做，为什么不直接定义一个结构体变量作为结点呢，为什么要在堆上申请空间呢？
既然选择这么做，就有它的道理：
大家想一下，实现对单链表的各种增删查改功能时，我们一般都是封装一个函数，比如现在我们要写一个头插，如果我们在头插的函数里面定义一个结点，那么这个结构体是不是一个局部的变量啊，我们知道局部变量是在栈上的，出了它的作用域就销毁了，当函数调用结束，结点也随之被销毁。
这样肯定是不行的，那什么地方的空间是我们需要了就申请，不需要的时候我们也可以自己释放呢？
当然有，就是堆上的空间。
所以，结点的创建我们使用malloc动态申请空间，而对于malloc申请的空间，是在堆上的，在程序结束之前，我们只要不释放，他就会一直存在。
对于动态内存管理知识不太熟悉或遗忘的老铁可以去复习一下，我之前有篇文章是专门讲解动态内存管理的。
3.3 单链表的销毁
//销毁 void SLTDestory(SLTNode** pphead)//pphead接收头指针的地址 { assert(pphead); SLTNode* cur = *pphead; while (cur) { SLTNode* next = cur->next; free(cur); cur = next; } *pphead = NULL; }
单链表的销毁需要将头指针置空，可能会改变头指针，所以应该传二级指针，SLTNode** pphead接收头指针的地址。
后面需要改变头指针的我们这里都选择传二级（传头指针地址），当然也可以用其他的方法。
不需要改变头指针的传头指针即可。
因为单链表使用的空间是我们使用malloc动态开辟的，所以是需要我们手动去释放的。
但是要注意，对于单链表空间的释放，我们不能做到像顺序表那样一次性就释放掉，因为顺序表的空间是一块连续的空间，但是，链表是一个一个结点构成的，一个结点malloc一次，它们不一定是连续的空间，所以我们要一个结点一个结点的释放。
3.4 打印单链表
//打印 void SLTPrint(SLTNode* phead) { SLTNode* cur = phead; while (cur) { printf("%d->", cur->data); cur = cur->next; } printf("NULL\n"); }
我们堆单链表进行遍历打印每个结点的数据就行了。
打印单链表不需要改变头指针，不需要传二级，SLTNode* phead接收头指针即可。
3.5 尾插
尾插要进行一个判断，因为我们实现的是没有头结点的，如果是对空表尾插，直接将要插入的结点赋值给头指针即可。
不是空表的尾插，要先遍历找尾，然后让尾结点的指针域存新结点的地址，使其成为新的尾。
//尾插 void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x) { assert(pphead); SLTNode* newnode = CreateNode(x); //空表 if (*pphead == NULL) { *pphead = newnode; } //找尾 else { SLTNode* tail = *pphead; while (tail->next) { tail = tail->next; } tail->next = newnode; } }
3.6 尾删
尾删也要进行判断分情况实现：
首先如果是空表就不是删了，进行断言assert(*pphead);。
如果只有一个结点要单独处理，直接释放头指针。
一个结点以上的情况，先找尾，再删。
//尾删 void SLTPopBack(SLTNode** pphead) { assert(pphead); assert(*pphead); if ((*pphead)->next == NULL) { free(*pphead); *pphead = NULL; } else { SLTNode* tail = *pphead; while (tail->next->next) { tail = tail->next; } free(tail->next); tail->next = NULL; } }
3.6 头插
单链表实现头插头删是非常简单的：
//头插 void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x) { assert(pphead); SLTNode* newnode = CreateNode(x); newnode->next = *pphead; *pphead = newnode; }
3.7 头删
//头删 void SLTPopFront(SLTNode** pphead) { assert(pphead); assert(*pphead); SLTNode* tmpnext = (*pphead)->next; free(*pphead); *pphead = tmpnext; }
3.8 查找
//查找 SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x) { SLTNode* cur = phead; while (cur) { if (cur->data == x) return cur; cur = cur->next; } return NULL; }
3.9 在pos位置之后插入x
这里传的pos不是像顺序表那样的下标，而是结点的地址，可以借助find的返回值获取。
//在pos位置之后插入x void SLTInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x) { assert(pos); SLTNode* newnode = CreateNode(x); newnode->next = pos->next; pos->next = newnode; }
3.10 在pos位置之前插入x
//在pos位置之前插入x void SLTInsertPrev(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x) { assert(pphead); assert(pos); if (pos == *pphead) SLTPushFront(pphead, x); else { SLTNode* newnode = CreateNode(x); SLTNode* cur = *pphead; while(cur->next != pos) { cur = cur->next; } newnode->next = pos; cur->next = newnode; } }
这里进行了一个判断，如果 pos == *pphead，说明pos指向第一个结点，可以直接调用头插。
3.11 删除pos位置之后的值
//删除pos位置之后的值 void SLTEraseAfter(SLTNode* pos) { assert(pos); if (pos->next == NULL) { return; } else { SLTNode* tmpnext = pos->next->next; free(pos->next); pos->next = tmpnext; } }
3.12 删除pos位置的值
//删除pos位置的值 void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos) { assert(pos); assert(*pphead); if (pos == *pphead) { SLTPopFront(pphead);//借用头删 } else { SLTNode* prev = *pphead; while (prev->next != pos) { prev = prev->next; } prev->next = pos->next; free(pos); pos=NULL; } }
4. 简单测试
void test4() { SLTNode* phead = NULL; SLTPushBack(&phead, 1); SLTPushBack(&phead, 2); SLTPushBack(&phead, 3); SLTPushBack(&phead, 4); SLTPushBack(&phead, 5); SLTPrint(phead); SLTNode* pos = SLTFind(phead, 5); SLTErase(&phead, pos); SLTPrint(phead); SLTDestory(&phead); } int main() { test4(); return 0; }
5. 源码展示
SList.h
#pragma once #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <assert.h> typedef int SLTDataType; typedef struct SListNode { SLTDataType data; struct SListNode* next; }SLTNode; //创建新结点 SLTNode* CreateNode(SLTDataType x); //销毁 void SLTDestory(SLTNode** pphead); //打印 void SLTPrint(SLTNode* phead); //尾插 void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x); //尾删 void SLTPopBack(SLTNode** pphead); //头插 void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x); //头删 void SLTPopFront(SLTNode** pphead); //查找 SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x); //在pos位置之后插入x void SLTInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x); //在pos位置之前插入x void SLTInsertPrev(SLTNode** pphead,SLTNode* pos, SLTDataType x); //删除pos位置之后的值 void SLTEraseAfter(SLTNode* pos); //删除pos位置的值 void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos);
SList.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include "SList.h" //创建新结点 SLTNode* CreateNode(SLTDataType x) { SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode)); if (newnode == NULL) { perror("malloc fail"); exit(-1); } newnode->data = x; newnode->next = NULL; return newnode; } //销毁 void SLTDestory(SLTNode** pphead) { assert(pphead); SLTNode* cur = *pphead; while (cur) { SLTNode* next = cur->next; free(cur); cur = next; } *pphead = NULL; } //打印 void SLTPrint(SLTNode* phead) { SLTNode* cur = phead; while (cur) { printf("%d->", cur->data); cur = cur->next; } printf("NULL\n"); } //尾插 void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x) { assert(pphead); SLTNode* newnode = CreateNode(x); //空表 if (*pphead == NULL) { *pphead = newnode; } //找尾 else { SLTNode* tail = *pphead; while (tail->next) { tail = tail->next; } tail->next = newnode; } } //尾删 void SLTPopBack(SLTNode** pphead) { assert(pphead); assert(*pphead); if ((*pphead)->next == NULL) { free(*pphead); *pphead = NULL; } else { SLTNode* tail = *pphead; while (tail->next->next) { tail = tail->next; } free(tail->next); tail->next = NULL; } } //头插 void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x) { assert(pphead); SLTNode* newnode = CreateNode(x); newnode->next = *pphead; *pphead = newnode; } //头删 void SLTPopFront(SLTNode** pphead) { assert(pphead); assert(*pphead); SLTNode* tmpnext = (*pphead)->next; free(*pphead); *pphead = tmpnext; } //查找 SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x) { SLTNode* cur = phead; while (cur) { if (cur->data == x) return cur; cur = cur->next; } return NULL; } //在pos位置之后插入x void SLTInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x) { assert(pos); SLTNode* newnode = CreateNode(x); newnode->next = pos->next; pos->next = newnode; } //在pos位置之前插入x void SLTInsertPrev(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x) { assert(pphead); assert(pos); if (pos == *pphead) SLTPushFront(pphead, x); else { SLTNode* newnode = CreateNode(x); SLTNode* cur = *pphead; while(cur->next != pos) { cur = cur->next; } newnode->next = pos; cur->next = newnode; } } //删除pos位置之后的值 void SLTEraseAfter(SLTNode* pos) { assert(pos); if (pos->next == NULL) { return; } else { SLTNode* tmpnext = pos->next->next; free(pos->next); pos->next = tmpnext; } } //删除pos位置的值 void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos) { assert(pos); assert(*pphead); if (pos == *pphead) { SLTPopFront(pphead); } else { SLTNode* prev = *pphead; while (prev->next != pos) { prev = prev->next; } prev->next = pos->next; free(pos); pos=NULL; } }
对单链表的讲解就到这里，欢迎大家指正！！！
