數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之帶頭結(jié)點(diǎn)的單鏈表
一、單鏈表的概念
單鏈表是一種鏈?zhǔn)酱嫒〉臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用一組地址任意的存儲單元存放線性表中的數(shù)據(jù)元素。鏈表中的數(shù)據(jù)是以結(jié)點(diǎn)來表示的，每個(gè)結(jié)點(diǎn)的構(gòu)成：數(shù)據(jù)域(數(shù)據(jù)元素的映象) + 指針域(指示后繼元素存儲位置)，元素就是存儲數(shù)據(jù)的存儲單元，指針就是連接每個(gè)結(jié)點(diǎn)的地址數(shù)據(jù)。單鏈表邏輯上相鄰，物理上不一定相鄰
二、結(jié)構(gòu)體聲明：
typedef int ELEM_TYPE;
//有效數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)：
typedef struct ListNode
{
ElemType data;//數(shù)據(jù)域
struct ListNode* next;//指針域
}ListNode,*LinkList;三、函數(shù)
1.購買節(jié)點(diǎn)
從堆區(qū)申請一個(gè)節(jié)點(diǎn)大小的內(nèi)存，并將申請好內(nèi)存的地址返回。代碼如下：
//購買節(jié)點(diǎn)
ListNode* Buynode()
{
ListNode* s = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
if (s == NULL) exit(1);
memset(s, 0, sizeof(ListNode));//將節(jié)點(diǎn)內(nèi)數(shù)據(jù)全部填充為0
return s;//返回申請成功的節(jié)點(diǎn)地址
}2.釋放節(jié)點(diǎn)
每次刪除節(jié)點(diǎn)之后都需要用 free()來釋放，否則會造成嚴(yán)重的內(nèi)存泄漏代碼如下：
//釋放節(jié)點(diǎn)
void Freenode(ListNode*p)
{
free(p);
p = NULL;//防止野指針
}3.單鏈表的初始化
將頭節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)域浪費(fèi)掉，頭節(jié)點(diǎn)的指針域2指為NULL，等待插入數(shù)據(jù)。
單鏈表設(shè)計(jì)頭節(jié)點(diǎn)的目的：
- 防止單鏈表是空的而設(shè)的。當(dāng)鏈表為空的時(shí)候，帶頭結(jié)點(diǎn)的頭指針就指向頭結(jié)點(diǎn)，如果當(dāng)鏈表為空的時(shí)候，頭結(jié)點(diǎn)的指針域的數(shù)值為NULL。
- 為了方便單鏈表的特殊操作，插入在表頭或者刪除第一個(gè)結(jié)點(diǎn)。這樣就保持了單鏈表操作的統(tǒng)一性。
- 單鏈表加上頭結(jié)點(diǎn)之后，無論單鏈表是否為空，頭指針始終指向頭結(jié)點(diǎn)，因此空表和非空表的處理統(tǒng)一，方便了單鏈表的操作，也減少了程序的復(fù)雜性和出現(xiàn)bug的機(jī)會。
代碼實(shí)現(xiàn)：
//初始化 //對頭結(jié)點(diǎn)進(jìn)行初始化
ListNode* InitList()
{
ListNode* s = Buynode();//申請一個(gè)頭節(jié)點(diǎn)
s->next = NULL;//將頭節(jié)點(diǎn)的next域置為空
return s;
}4.判空函數(shù)
判斷一個(gè)單鏈表是否是空鏈，只需要判斷頭節(jié)點(diǎn)的指針域是否為NULL
（如果不是一個(gè)空鏈，那么必定存在一個(gè)有效值節(jié)點(diǎn)，只要存在有效值節(jié)點(diǎn)，那么頭結(jié)點(diǎn)的指針域必不可能指向空，而是指向第一個(gè)有效值節(jié)點(diǎn)）代碼如下：
//判空
bool IsEmpty(LinkList head)
{
assert(head != NULL);
return head->next == NULL;
}5.獲取單鏈表有效值個(gè)數(shù)
用for循環(huán)遍歷單鏈表，使用一個(gè)變量充當(dāng)計(jì)數(shù)器，每次循環(huán)+1，當(dāng) p->next == NULL 的時(shí)候，返回計(jì)數(shù)器的值。代碼如下：
//獲取單鏈表有效值個(gè)數(shù)
int GetSize(LinkList head)
{
assert(head != NULL);
int size = 0;//計(jì)數(shù)器
LinkList p = head->next;//從頭結(jié)點(diǎn)的下一個(gè)開始
while (p != NULL)
{
size++;
p = p->next;
}
return size;
}6.按數(shù)據(jù)查詢（返回含有此數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)）
通過兩個(gè)指針 prev 和 p 進(jìn)行遍歷，prev從頭節(jié)點(diǎn)開始，p從 頭節(jié)點(diǎn)的next域開始，兩個(gè)指針同步前進(jìn)同步停止。當(dāng) p->data == val（傳進(jìn)來的值）時(shí)，循環(huán)結(jié)束返回 prev的值否則當(dāng)p ==NULL 時(shí)說明將鏈表遍歷完成都沒有找到。返回NULL；
當(dāng)要查詢 3 的時(shí)候，返回的是 2 的地址，此時(shí)prev->next->data == 3
代碼如下：
ListNode* FindValue_Prev(LinkList head, ElemType val)
{
assert(head != NULL);
ListNode* prev = head;//head
ListNode* p = head->next;//head->next
while (p != NULL && p->data != val)//循環(huán)結(jié)束條件
{
prev = p;//先將prev向后走一步
p = p->next;//然后p向后走一步
}
if (p == NULL)//當(dāng)p ==NULL 說明沒有找到 返回NULL
{
prev = NULL;
}
return prev;
}7.按數(shù)據(jù)查詢（返回含有當(dāng)前數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)）
通過調(diào)用查找前驅(qū)的函數(shù)找到它的前驅(qū)，那么前驅(qū)的后繼就是當(dāng)前查詢的節(jié)點(diǎn)。如果p 是NULL 的話，說明沒有找到代碼如下：
ListNode* FindValue(LinkList head, ElemType val)
{
assert(head != NULL);
ListNode* p = FindPos_Prev(head, val);//調(diào)用查找前驅(qū)的函數(shù)
if (p != NULL)
{
p = p->next;
}
return p;
}8.按pos位置查節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)
通過兩個(gè)指針 prev 和 p 和一個(gè)計(jì)數(shù)器 i 進(jìn)行遍歷，prev從頭節(jié)點(diǎn)開始，p從 頭節(jié)點(diǎn)的next域開始，兩個(gè)指針同步前進(jìn)同步停止。但是在循環(huán)之前需要判斷 pos位置是否合法。當(dāng)pos<1 時(shí) 返回NULL
當(dāng) p == NULL 的時(shí)候說明沒有找到退出循環(huán)返回 NULL當(dāng) i==pos 時(shí) 說明找到了這個(gè)數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)，此時(shí)返回prev
代碼如下：
ListNode* FindPos_Prev(LinkList head, int pos)
{
assert(head != NULL);
int i = 1;
ListNode* prev = head;
ListNode* p = head->next;
if (pos < 1)
{
return NULL;
}
while (p != NULL && i < pos)
{
prev = p;
p = p->next;
i = i + 1;
}
if (p == NULL)
{
prev = NULL;
}
return prev;
}9.按pos位置查節(jié)點(diǎn)
通過調(diào)用查找前驅(qū)的函數(shù)找到它的前驅(qū)，那么前驅(qū)的后繼就是當(dāng)前查詢的節(jié)點(diǎn)。如果p 是NULL 的話，說明沒有找到代碼如下：
ListNode* FindPos(LinkList head, int pos)
{
assert(head != NULL);
ListNode* p = FindPos_Prev(head,pos);
if (p != NULL)
{
p = p->next;
}
return p;
}10.按照節(jié)點(diǎn)插入數(shù)據(jù)
我們認(rèn)為，形參中傳入進(jìn)來的節(jié)點(diǎn)地址就是存在的（通過其他函數(shù)嵌套使用，并不可單獨(dú)使用）直接插入即可。
首先通過 **Buynode（）**函數(shù)申請一個(gè)節(jié)點(diǎn)，保存val值然后把ptr->next賦值給s->next 此時(shí)s和ptr都指向 300 這個(gè)地址然后將 s 的地址賦值給 ptr->next ，完成插入
代碼如下：
bool Insert_Next(LinkList head, ListNode* ptr, ElemType val)
{
assert(head != NULL);
if (NULL == ptr)
{
return false;
}
ListNode* s = Buynode();
s->data = val;
s->next = ptr->next;
ptr->next = s;
return true;
}11.頭插法
首先通過 **Buynode（）**函數(shù)申請一個(gè)節(jié)點(diǎn)，保存val值然后把頭節(jié)點(diǎn)指向的next的地址賦值給 s->next
最后 把s 的地址賦值給頭節(jié)點(diǎn)的next域
代碼如下：
void Push_Front(LinkList head, ElemType val)
{
assert(head != NULL);
ListNode* s = Buynode();
s->data = val;
s->next = head->next;
head->next = s;
}12.尾插法
先使用一個(gè)p指針遍歷鏈表到 p->next == NULL 說明此時(shí)p指針?biāo)赶虻墓?jié)點(diǎn)就是尾節(jié)點(diǎn)使用**Buynode（）**申請一個(gè)節(jié)點(diǎn)，將val值賦值給s 并且將s->next置為空
最后將 s 的地址賦值給 p->next ，完成尾插
代碼如下：
void Push_Back(LinkList head, ElemType val)
{
assert(head != NULL);
ListNode* p = head;
ListNode* s = Buynode();
while (p->next != NULL)
{
p = p->next;
}
//退出循環(huán)后p指向尾節(jié)點(diǎn)
s->data = val;
s->next = p->next;
p->next = s;
}13.按pos位置插入
首先判斷pos的合法性，如果pos<1則退出然后用while循環(huán)判斷鏈表是否結(jié)束以及 計(jì)數(shù)鏈表的位置此時(shí)while循環(huán)有兩種情況結(jié)束
- 當(dāng) s->next == NULL 時(shí)，說明 s指向的鏈表的尾部，此處退出循環(huán)，判斷pos和i的關(guān)系如果pos>i 說明pos位置遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鏈表有效長度，無法插入。
- 當(dāng) i>pos 退出循環(huán)時(shí)，說明已經(jīng)找到了pos位置，并且s->next就是待插入位置，此時(shí)調(diào)用**Insert_Next（）**函數(shù)，傳入s的地址，完成插入
代碼如下：
bool InsertPos(LinkList head, int pos, ElemType val)
{
assert(head != NULL);
if (pos < 1)
{
return false;
}//判斷p的合法性
ListNode* s = head;
int i = 1;//計(jì)數(shù)鏈表位置
while (s->next != NULL && i < pos)
{
s = s->next;
i++;
}
if (pos > i)
{
return false;
}
return Insert_Next(head, s, val);14.刪除ptr指針后續(xù)節(jié)點(diǎn)
我們認(rèn)為，形參中傳入進(jìn)來的節(jié)點(diǎn)地址就是存在的（通過其他函數(shù)嵌套使用，并不可單獨(dú)使用）直接刪除即可。首先 用一個(gè)指針保存ptr ->next 的值（也就是待刪除結(jié)點(diǎn)的地址）
然后將 p->next 的值賦值給 ptr->next
最后使用 Freenode（）函數(shù)釋放p節(jié)點(diǎn)
完成刪除
代碼如下：
bool Earse_Next(LinkList head, ListNode* ptr)
{
assert(head != NULL);
if (ptr == NULL||ptr->next==NULL)//判斷ptr和ptr->next是一個(gè)有效值
{
return false;
}
ListNode* p = ptr->next;
ptr->next = p->next;
Freenode(p);//釋放節(jié)點(diǎn)
return true;
}15.刪除第一個(gè)節(jié)點(diǎn)
直接調(diào)用 **Earse_Next（）**函數(shù)，傳入頭節(jié)點(diǎn)頭節(jié)點(diǎn)的后續(xù)節(jié)點(diǎn)就是第一個(gè)節(jié)點(diǎn)。代碼如下：
void Pop_Front(LinkList head)
{
assert(head != NULL);
Earse_Next(head, head);
}16.刪除最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)
通過兩個(gè)指針 pre和 p分別指向頭節(jié)點(diǎn)和頭節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)使用while循環(huán)找到 最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)然后調(diào)用 **Earse_Next（）**函數(shù)，完成刪除代碼如下：
void Pop_Back(LinkList head)
{
assert(head != NULL);
ListNode* pre = head;
ListNode* p = head->next;
while (p != NULL && p->next != NULL)
{
pre = p;
p = p->next;
}
Earse_Next(head, pre);
}17.刪除數(shù)據(jù)域和val相等的元素
通過 **FindPos_Prev（）函數(shù)查到val數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)地址然后通過Earse_Next（）**函數(shù)，完成刪除代碼如下：
bool Remove(LinkList head, ElemType val)
{
assert(head != NULL);
return Earse_Next(head, FindPos_Prev(head, val));
}18.刪除數(shù)據(jù)域和val相等的所有元素
通過while循環(huán) 不斷調(diào)用**FindValue_Prev（）函數(shù)返回地址然后通過通過Earse_Next（）函數(shù)，完成刪除一個(gè)數(shù)據(jù)直到FindValue_Prev（）**函數(shù)返回地址為NULL的時(shí)候，說明鏈表里沒有這個(gè)數(shù)據(jù)退出循環(huán)，完成刪除。代碼如下：
void Remove_ALL(LinkList head, ElemType val)
{
assert(head != NULL);
ListNode* s = NULL;
while ((s = FindValue_Prev(head, val)) != NULL)
{
Earse_Next(head, s);
}
}19.清空鏈表
不斷調(diào)用頭刪函數(shù)，直到除了頭節(jié)點(diǎn)以外沒有任何節(jié)點(diǎn)（判空函數(shù)）代碼如下：
void ClearList(LinkList head)
{
assert(head != NULL);
while (!IsEmpty(head))
{
Pop_Front(head);
}
}20.銷毀鏈表
清空鏈表并且釋放頭節(jié)點(diǎn)代碼如下：
void DestroyList(LinkList head)
{
assert(head != NULL);
ClearList(head);
Freenode(head);
}四.完整代碼
1. My_LinkList.h
#ifndef MY_LINKLIST_S#define MY_LINKLIST_Stypedef int ElemType;typedef struct ListNode{<!-- -->ElemType data;//數(shù)據(jù)元素struct ListNode* next;//指針域}ListNode,*LinkList;//初始化函數(shù) headListNode* InitList();//清空鏈表void ClearList(LinkList head);//銷毀鏈表void DestroyList(LinkList head);//判空函數(shù) bool IsEmpty(LinkList head);//返回?cái)?shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)int GetSize(LinkList head);//傳入頭節(jié)點(diǎn)打印函數(shù)void PrintList(LinkList head);//按數(shù)據(jù)查詢返回含有此數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)ListNode* FindValue_Prev(LinkList head, ElemType val);//按數(shù)據(jù)查詢 返回含有當(dāng)前數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)ListNode* FindValue(LinkList head, ElemType val);//按pos位置查節(jié)點(diǎn)ListNode* FindPos(LinkList head, int pos);//按pos位置查節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)ListNode* FindPos_Prev(LinkList head, int pos);//按節(jié)點(diǎn)插入bool Insert_Next(LinkList head, ListNode* ptr, ElemType val);//從頭插入void Push_Front(LinkList head, ElemType val);//尾插法void Push_Back(LinkList head, ElemType val);//按pos位置插入bool InsertPos(LinkList head, int pos, ElemType val);//刪除ptr指針后續(xù)節(jié)點(diǎn)bool Earse_Next(LinkList head, ListNode* ptr);//刪除第一個(gè)節(jié)點(diǎn)void Pop_Front(LinkList head);//刪除最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)void Pop_Back(LinkList head);//刪除數(shù)據(jù)域和val相等的元素bool Remove(LinkList head, ElemType val);//刪除數(shù)據(jù)域和val相等的所有元素void Remove_ALL(LinkList head, ElemType val);#ifndef MY_LINKLIST_S
#define MY_LINKLIST_S
typedef int ElemType;
typedef struct ListNode
{
ElemType data;//數(shù)據(jù)元素
struct ListNode* next;//指針域
}ListNode,*LinkList;
//初始化函數(shù) head
ListNode* InitList();
//清空鏈表
void ClearList(LinkList head);
//銷毀鏈表
void DestroyList(LinkList head);
//判空函數(shù)
bool IsEmpty(LinkList head);
//返回?cái)?shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)
int GetSize(LinkList head);
//傳入頭節(jié)點(diǎn)打印函數(shù)
void PrintList(LinkList head);
//按數(shù)據(jù)查詢返回含有此數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)
ListNode* FindValue_Prev(LinkList head, ElemType val);
//按數(shù)據(jù)查詢 返回含有當(dāng)前數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)
ListNode* FindValue(LinkList head, ElemType val);
//按pos位置查節(jié)點(diǎn)
ListNode* FindPos(LinkList head, int pos);
//按pos位置查節(jié)點(diǎn)的前驅(qū)
ListNode* FindPos_Prev(LinkList head, int pos);
//按節(jié)點(diǎn)插入
bool Insert_Next(LinkList head, ListNode* ptr, ElemType val);
//從頭插入
void Push_Front(LinkList head, ElemType val);
//尾插法
void Push_Back(LinkList head, ElemType val);
//按pos位置插入
bool InsertPos(LinkList head, int pos, ElemType val);
//刪除ptr指針后續(xù)節(jié)點(diǎn)
bool Earse_Next(LinkList head, ListNode* ptr);
//刪除第一個(gè)節(jié)點(diǎn)
void Pop_Front(LinkList head);
//刪除最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)
void Pop_Back(LinkList head);
//刪除數(shù)據(jù)域和val相等的元素
bool Remove(LinkList head, ElemType val);
//刪除數(shù)據(jù)域和val相等的所有元素
void Remove_ALL(LinkList head, ElemType val);2. My_LinkList.cpp
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<assert.h>
#include"My_LinkList.h"
ListNode* Buynode()//購買節(jié)點(diǎn)
{
ListNode* s = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
if (s == NULL) exit(1);
memset(s, 0, sizeof(ListNode));//將節(jié)點(diǎn)內(nèi)數(shù)據(jù)全部填充為0
return s;//返回申請成功的節(jié)點(diǎn)地址
}
void Freenode(ListNode*p)
{
free(p);
p = NULL;//防止野指針
}
bool IsEmpty(LinkList head)
{
assert(head != NULL);
return head->next == NULL;
}
int GetSize(LinkList head)
{
assert(head != NULL);
int size = 0;
LinkList p = head->next;
while (p != NULL)
{
size++;
p = p->next;
}
return size;
}
ListNode* InitList()
{
ListNode* s = Buynode();
s->next = NULL;
return s;
}
void PrintList(LinkList head)
{
assert(head != NULL);
ListNode* p = head->next;
while (p != NULL)
{
printf("%d ", p->data);
p = p->next;
}
printf("\n");
}
ListNode* FindValue(LinkList head, ElemType val)
{
assert(head != NULL);
ListNode* p = FindPos_Prev(head, val);
if (p != NULL)
{
p = p->next;
}
return p;
}
ListNode* FindValue_Prev(LinkList head, ElemType val)
{
assert(head != NULL);
ListNode* prev = head;//head
ListNode* p = head->next;//head->next
while (p != NULL && p->data != val)
{
prev = p;
p = p->next;
}
if (p == NULL)
{
prev = NULL;
}
return prev;
}
ListNode* FindPos(LinkList head, int pos)
{
assert(head != NULL);
ListNode* p = FindPos_Prev(head,pos);
if (p != NULL)
{
p = p->next;
}
return p;
}
ListNode* FindPos_Prev(LinkList head, int pos)
{
assert(head != NULL);
int i = 1;
ListNode* pre = head;
ListNode* p = head->next;
if (pos < 1)
{
return NULL;
}
while (p != NULL && i < pos)
{
pre = p;
p = p->next;
i = i + 1;
}
if (p == NULL)
{
pre = NULL;
}
return pre;
}
bool Insert_Next(LinkList head, ListNode* ptr, ElemType val)
{
assert(head != NULL);
if (NULL == ptr)
{
return false;
}
ListNode* s = Buynode();
s->data = val;
s->next = ptr->next;
ptr->next = s;
return true;
}
void Push_Front(LinkList head, ElemType val)
{
assert(head != NULL);
ListNode* s = Buynode();
s->data = val;
s->next = head->next;
head->next = s;
}
void Push_Back(LinkList head, ElemType val)
{
assert(head != NULL);
ListNode* p = head;
ListNode* s = Buynode();
while (p->next != NULL)
{
p = p->next;
}
s->data = val;
s->next = p->next;
p->next = s;
}
bool InsertPos(LinkList head, int pos, ElemType val)
{
assert(head != NULL);
if (pos < 1)
{
return false;
}
ListNode* s = head;
int i = 1;
while (s->next != NULL && i < pos)
{
s = s->next;
i++;
}
if (pos > i)
{
return false;
}
return Insert_Next(head, s, val);
/*
p->data = val;
p->next = s->next;
s->next = p;
*/
}
bool Earse_Next(LinkList head, ListNode* ptr)
{
assert(head != NULL);
if (ptr == NULL||ptr->next==NULL)
{
return false;
}
ListNode* p = ptr->next;
ptr->next = p->next;
Freenode(p);
return true;
}
void Pop_Front(LinkList head)
{
assert(head != NULL);
Earse_Next(head, head);
}
void Pop_Back(LinkList head)
{
assert(head != NULL);
ListNode* pre = head;
ListNode* p = head->next;
while (p != NULL && p->next != NULL)
{
pre = p;
p = p->next;
}
Earse_Next(head, pre);
}
bool Remove(LinkList head, ElemType val)
{
assert(head != NULL);
return Earse_Next(head, FindPos_Prev(head, val));
/*
ListNode* pre = head;
ListNode* p = head->next;
while (p != NULL && p->data != val)
{
pre = p;
p = p->next;
}
if (p != NULL)
{
Earse_Next(head, pre);
}
*/
}
void Remove_ALL(LinkList head, ElemType val)
{
assert(head != NULL);
ListNode* s = NULL;
while ((s = FindValue_Prev(head, val)) != NULL)
{
Earse_Next(head, s);
}
}
void ClearList(LinkList head)
{
assert(head != NULL);
while (!IsEmpty(head))
{
Pop_Front(head);
}
}
void DestroyList(LinkList head)
{
assert(head != NULL);
ClearList(head);
Freenode(head);
}到此這篇關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之帶頭結(jié)點(diǎn)的單鏈表的文章就介紹到這了,更多相關(guān)帶頭結(jié)點(diǎn)的單鏈表內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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