【初阶数据结构】深入解析单链表:探索底层逻辑(无头单向非循环链表)(一)

简介: 【初阶数据结构】深入解析单链表:探索底层逻辑(无头单向非循环链表)

一、链表的概念

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

二、链表的分类

我们重点需要关注以下两个链表:

1.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。

2.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。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

链表是通过一个个结点链接起来的数据结构,多个结点链接形成下列结构(箭头是不存在,是为了方便理解)

下列图片会简化结点间的链接过程:

注意】:

  1. 从图上可以看出,链式结构在逻辑上是连续的,但是在物理上不一定连续
  2. 现实中的节点一般都是从堆上申请出来
  3. 从堆上申请的空间。是按照一定的策略来分配的,两次申请的空间可能连续,也可能不连续

四、实现无头单向非循环链表的相关接口(SLTlist.h)

五、知识铺垫

1.实现部分接口需要通过二级指针接受实参

原因在于我们需要可以修改实参,而是实参为一级指针时(同样是传递地址),需要使用二级指针进行接受,否则获得临时拷贝,不会影响到实参。修改实参的情况,比如一开始为空,在插入时需将头指针存储在有效结点的的地址上,需要改变实参的值

2.单链表的初始化

这里实现链表,没有必要进行初始化,初始化对于一开始就要开辟的空间有初始化的需求,表是多个节点通过地址链接在一起,那么只需要开辟新节点的时候,初始化下就行了(有哨兵位需要初始化)

3.二级指针断言

二级指针存放的是头节点的地址,头节点的地址为空,那么还有什么意义呢?

当我们有所了解链表的结构,接下来是实现链表的相关接口,比如增删查改

六、正式开始模拟实现单链表

6.1 创建链表中的节点

在插入中需要先创建一块结点空间,再通过上一个结点通过当前结点的地址指向当前结点的位置。这是因为结点是通过地址访问的,结点里面存储着下一个节点的地址,理解为当前结点(通过下一个结点地址)指向下一个结点

SLNode* CreateNode(SLNDataType x)
{
  SLNode* newnode = (SLNode*)malloc(sizeof(SLNode));
  if (newnode==NULL)
  {
    perror("malloc fail!!!");
     return (-1);
  }
  newnode->next = NULL;
  newnode->val = x;
  return newnode;
}

这里需要注意的是:申请到的空间交给什么类型去维护,为结点(结构体)申请空间,就需要交给结构体指针维护,同时需要注意开辟空间可能会失败,比如开辟空间多大,无法提供空间。对新结点设置了指向下一个结点为空

6.2 单链表的插入节点

插入分为三类:头插\尾插\任意位置插入(其中任意位置插入,在实现查找功能先放着)

6.2.1 单链表的尾插

void SLTPushBack(SLNode** phead,SLNDataType x)
{
  assert(phead);
  SLNode* newnode = CreateNode(x);//值已经有了,创建一个新节点
  if (*phead == NULL)//这里需要二级指针去改变了,外的头了
  {
    *phead = newnode;
  }
  else
  {
    //找尾
    SLNode* cur =*phead;//拷贝一份
    while (cur->next != NULL)
    {
      cur = cur->next;
    }
    cur->next = newnode;//newnode已经搞下一次是空了  
  } 
}

这里需要注意的是:while语句cur需要到达尾,再进行尾插的操作。同时需要考虑到特殊情况,这里我们通过if判断语句对于* pphead为空的情况,将*pphead存储在第一个结点地址。

6.2.2 单链表的头插

void SLTPushFront(SLNode** pphead, SLNDataType x)
{
  assert(pphead);
  SLNode* newnode = CreateNode(x);
  if (*pphead == NULL)
  {
    *pphead = newnode;
  }
  else
  {
    SLNode* cur = *pphead;
    *pphead = newnode;
    newnode->next = cur;
  }
}

这里需要注意的是:将*pphead移动到新节点的位置,再 * pphead指向cur(在原来的头节点位置)。同样的需要考虑到特殊情况,这里使用if判断语句对于* pphead为空的情况,将*pphead设为存储第一个结点地址。

6.3 单链表的删除

删除分为三类:头删\尾删\任意位置删除(其中任意位置删除,在实现查找功能先放着)

提前说明:空链表无法进行删除数据,需要在删除操作之前进行断言检查assert(*pphead)

6.3.1 单链表的尾删

void SLTPopBack(SLNode** pphead)
{
  assert(pphead);
  assert(*pphead);//空的时候
  //一个节点和多个节点
  //这里不创建一个cur变量,当只有一个节点的时候,直接pphead
  SLNode* cur = *pphead;
  if (cur->next == NULL)
  {
    *pphead = NULL;
    free(cur);
    cur = NULL;
  }
  else
  {
    while (cur->next->next!= NULL)
    {
      cur = cur->next;//上一个节点
    }
    free(cur->next);
    cur->next = NULL;
  }
}

这里需要注意的是:删除需要分为两种情况存在一个节点和多个节点的处理。需要利用while循环找到删除节点的上一个节点,将上一个节点指向空,最后不要忘记free(cur->next),释放当前节点空间。

6.3.2 单链表的头删

void SLTPopFront(SLNode** pphead)
{
  assert(pphead);
  assert(*pphead);
  SLNode* cur = *pphead;
  if (cur->next == NULL)
  {
    *pphead = NULL;
    free(cur);
    cur = NULL;
  }
  else
  {
    *pphead = cur->next;
    free(cur);
    cur = NULL;
  }
}

这里需要注意的是:删除需要分为两种情况存在一个节点和多个节点的处理。cur保存当头节点位置,*pphead移动到下一个节点的位置,再free(cur)


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