实验名称:设计单循环链表
(1)实验目的:掌握线性表的链式存储结构;掌握单循环链表及其基本操作的实现。
(2)主要内容:实现单循环链表的初始化、求数据元素个数、插入、删除、取数据元素等操作;用插入法建立带头结点的单循环链表;设计一个测试主函数验证所设计单循环链表的正确性。
1.实验目的
掌握线性表的链式存储结构;掌握单循环链表及其基本操作的实现。
2.问题描述
利用C语言设计实现单循环链表,并实现初始化、求数据元素个数、插入、删除、取数据元素等基本操作。使用插入法建立带头结点的单循环链表,并设计一个测试主函数验证所设计单循环链表的正确性。
3.基本要求
具体要求如下:
- 设计一个结构体表示链表的节点,包括数据域和指针域。
- 实现单循环链表的初始化操作,即创建一个空链表。
- 实现求数据元素个数的操作,即统计链表中已有的节点数。
- 实现插入操作,在指定位置插入一个节点,并将新节点链接到链表中。
- 实现删除操作,删除指定位置的节点。
- 实现取数据元素的操作,返回指定位置的节点值。
- 使用插入法建立带头结点的单循环链表,即通过用户输入逐个插入节点来创建链表,直到用户结束输入。
- 编写一个测试主函数,验证所设计单循环链表的正确性,包括对各个操作的测试。测试包括但不限于以下内容:创建一个空链表并输出链表元素个数。
插入若干节点,并验证插入后链表的正确性。
删除某个位置的节点,并验证删除后链表的正确性。
取某个位置的节点值,并输出验证结果。
4.测试数据
初始链表为空,链表元素个数为:0
插入后的链表元素:10
插入后的链表元素:5 15 10 20
删除后的链表元素:15 20
取节点值的结果:
Position 0: 15
Position 1: 20
Position 2: -1
5.算法思想
链表数据结构的基本操作,包括初始化链表、获取链表元素个数、在指定位置插入节点、删除指定位置的节点、获取指定位置节点的值以及打印链表中的元素。其中,链表是一种线性结构,每个节点包括数据和指向下一个节点的指针,头结点不包含数据。
该算法通过遍历链表的方式来找到指定位置的节点,然后进行相应的操作。具体实现方法包括:在空链表中插入第一个节点时,直接将头结点指向新节点;在链表头部插入节点时,将新节点的指针指向原头结点,再将头结点指向新节点;在链表中间和尾部插入节点时,在找到插入位置的前一个节点后,将新节点的指针指向原位置的节点,再将前一个节点的指针指向新节点;删除节点时,首先找到要删除节点的前一个节点,将前一个节点的指针指向要删除节点的下一个节点,然后释放要删除节点的内存空间;获取节点值时,找到指定位置的节点,返回其数据域的值。
6.模块划分
initList()
:初始化链表,返回头结点。listLength(Node* head)
:获取链表的元素个数。insertNode(Node* head, int position, int data)
:在链表指定位置插入节点。deleteNode(Node* head, int position)
:删除链表指定位置的节点。getNodeData(Node* head, int position)
:获取链表指定位置节点的值。printList(Node* head)
:打印链表中的元素。main()
:主函数。
7.数据结构
(1) 数据类型DataType定义如下:
typedef struct { int number; int cipher; } DataType;
这个定义表示DataType结构体包含两个成员变量,即number
和cipher
,分别表示一个整数的数字和位数。
(2) 带头结点单循环链表结点的结构体定义如下:
typedef struct SCLNode { DataType data; struct SCLNode* next; } SCLNode;
这个定义表示SCLNode结构体是一个带头结点的单循环链表的节点,包含两个成员变量。其中,data
是存储数据元素的DataType类型的变量。next
是指向下一个节点的指针,类型为指向SCLNode结构体的指针。
通过这样的定义,可以创建一个带头结点的单循环链表,每个节点存储一个数据元素,并且通过next指针连接起来形成循环链表。头结点的作用是指示链表的起始位置,尾节点的next指针指向头结点,形成循环。
8.源程序
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> typedef struct Node { int data; struct Node* next; } Node; // 初始化链表,返回头结点 Node* initList() { Node* head = (Node*)malloc(sizeof(Node)); head->next = NULL; // 初始化时头结点指向NULL,形成空链表 return head; } // 获取链表的元素个数 int listLength(Node* head) { int count = 0; Node* current = head->next; while (current != NULL) { count++; current = current->next; } return count; } // 在链表指定位置插入节点 void insertNode(Node* head, int position, int data) { Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node)); newNode->data = data; Node* current = head; int count = 0; while (current != NULL && count < position) { current = current->next; count++; } newNode->next = current->next; current->next = newNode; } // 删除链表指定位置的节点 void deleteNode(Node* head, int position) { Node* current = head; int count = 0; while (current->next != NULL && count < position) { current = current->next; count++; } if (current->next != NULL) { Node* temp = current->next; current->next = temp->next; free(temp); } } // 获取链表指定位置节点的值 int getNodeData(Node* head, int position) { Node* current = head->next; int count = 0; while (current != NULL && count < position) { current = current->next; count++; } if (current != NULL) return current->data; else return -1; // 返回-1表示节点不存在 } // 打印链表中的元素 void printList(Node* head) { Node* current = head->next; while (current != NULL) { printf("%d ", current->data); current = current->next; } printf("\n"); } int main() { Node* head = initList(); printf("初始链表为空,链表元素个数为:%d\n", listLength(head)); insertNode(head, 0, 10); // 在空链表中插入第一个节点 printf("插入后的链表元素:"); printList(head); insertNode(head, 0, 5); // 在链表头部插入节点 insertNode(head, 1, 15); // 在链表中间插入节点 insertNode(head, 3, 20); // 在链表尾部插入节点 printf("插入后的链表元素:"); printList(head); deleteNode(head, 0); // 删除头结点 deleteNode(head, 1); // 删除链表中的某个节点 deleteNode(head, 2); // 删除尾节点 printf("删除后的链表元素:"); printList(head); int data1 = getNodeData(head, 0); // 取链表头结点的数据 int data2 = getNodeData(head, 1); // 取链表中间某个节点的数据 int data3 = getNodeData(head, 2); // 取链表尾节点的数据 printf("取节点值的结果:\n"); printf("Position 0: %d\n", data1); printf("Position 1: %d\n", data2); printf("Position 2: %d\n", data3); return 0; }
9.测试情况
进行测试结果分析
初始化链表后,链表为空,元素个数为0。
在空链表中插入第一个节点,插入后的链表元素为10。可以看到插入操作正常。
在链表头部插入节点5,链表中间插入节点15,链表尾部插入节点20。插入后的链表元素为5 15 10 20。可以看到在不同位置插入节点的操作正常。
删除头结点,删除链表中的某个节点,删除尾节点。删除后的链表元素为5 10。可以看到删除操作正常。
取链表头结点的数据,取链表中间某个节点的数据,取链表尾节点的数据。取节点值的结果如下:
Position 0: 5
Position 1: 10
Position 2: -1
可以看到,成功获取了节点的值,并且当位置越界时返回了-1。说明获取节点值的功能正常。
综上所述,根据测试结果,代码实现了链表的基本操作,并且功能正常。
描述存在的问题及建议
存在的问题是在插入和删除节点时没有进行越界检查,可能导致访问非法内存。建议在插入和删除节点的代码中增加对位置的合法性检查,确保不会越界。
另外,代码中的打印函数printList()可以优化,避免每次都要遍历整个链表才能打印出结果。可以考虑在插入、删除和修改节点时维护链表的长度,并在需要打印时直接使用链表长度进行循环打印。这样可以提高效率。