數據結構之帶頭結點的單鏈表

更新時間：2023年07月02日 12:28:29 作者：Shang_Jianyu_ss

單鏈表是一種鏈式存取的數據結構，用一組地址任意的存儲單元存放線性表中的數據元素。鏈表中的數據是以結點來表示的，每個結點的構成：數據域(數據元素的映象)?+?指針域(指示后繼元素存儲位置)，元素就是存儲數據的存儲單元，指針就是連接每個結點的地址數據

一、單鏈表的概念

單鏈表是一種鏈式存取的數據結構，用一組地址任意的存儲單元存放線性表中的數據元素。鏈表中的數據是以結點來表示的，每個結點的構成：數據域(數據元素的映象) + 指針域(指示后繼元素存儲位置)，元素就是存儲數據的存儲單元，指針就是連接每個結點的地址數據。單鏈表邏輯上相鄰，物理上不一定相鄰

在這里插入圖片描述

二、結構體聲明：

typedef int ELEM_TYPE;
//有效數據節(jié)點結構體設計：
typedef struct ListNode
{
	ElemType data;//數據域
	struct ListNode* next;//指針域
}ListNode,*LinkList;

三、函數

1.購買節(jié)點

從堆區(qū)申請一個節(jié)點大小的內存，并將申請好內存的地址返回。代碼如下：

//購買節(jié)點
ListNode* Buynode()
{
	ListNode* s = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	if (s == NULL) exit(1);
	memset(s, 0, sizeof(ListNode));//將節(jié)點內數據全部填充為0
	return s;//返回申請成功的節(jié)點地址
}

2.釋放節(jié)點

每次刪除節(jié)點之后都需要用 free()來釋放，否則會造成嚴重的內存泄漏代碼如下：

//釋放節(jié)點
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)點的數據域浪費掉，頭節(jié)點的指針域2指為NULL，等待插入數據。

單鏈表設計頭節(jié)點的目的：

防止單鏈表是空的而設的。當鏈表為空的時候，帶頭結點的頭指針就指向頭結點，如果當鏈表為空的時候，頭結點的指針域的數值為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結點。這樣就保持了單鏈表操作的統(tǒng)一性。
單鏈表加上頭結點之后，無論單鏈表是否為空，頭指針始終指向頭結點，因此空表和非空表的處理統(tǒng)一，方便了單鏈表的操作，也減少了程序的復雜性和出現(xiàn)bug的機會。

代碼實現(xiàn)：

//初始化 //對頭結點進行初始化
ListNode* InitList()  
{
	ListNode* s = Buynode();//申請一個頭節(jié)點
	s->next = NULL;//將頭節(jié)點的next域置為空
	return s;
}

4.判空函數

判斷一個單鏈表是否是空鏈，只需要判斷頭節(jié)點的指針域是否為NULL

（如果不是一個空鏈，那么必定存在一個有效值節(jié)點，只要存在有效值節(jié)點，那么頭結點的指針域必不可能指向空，而是指向第一個有效值節(jié)點）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數

用for循環(huán)遍歷單鏈表，使用一個變量充當計數器，每次循環(huán)+1，當 p->next == NULL 的時候，返回計數器的值。代碼如下：

//獲取單鏈表有效值個數
int GetSize(LinkList head)
{
	assert(head != NULL);
	int size = 0;//計數器
	LinkList p = head->next;//從頭結點的下一個開始
	while (p != NULL)
	{
		size++;
		p = p->next;
	}
	return size;
}

6.按數據查詢（返回含有此數據節(jié)點的前驅）

通過兩個指針 prev 和 p 進行遍歷，prev從頭節(jié)點開始，p從頭節(jié)點的next域開始，兩個指針同步前進同步停止。當 p->data == val（傳進來的值）時，循環(huán)結束返回 prev的值否則當p ==NULL 時說明將鏈表遍歷完成都沒有找到。返回NULL；

在這里插入圖片描述

當要查詢 3 的時候，返回的是 2 的地址，此時prev->next->data == 3

在這里插入圖片描述

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p ==NULL 說明沒有找到 返回NULL
	{
		prev = NULL;
	}
	return prev;
}

7.按數據查詢（返回含有當前數據的節(jié)點）

通過調用查找前驅的函數找到它的前驅，那么前驅的后繼就是當前查詢的節(jié)點。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);//調用查找前驅的函數
	if (p != NULL)
	{
		p = p->next;
	}
	return p;
}

8.按pos位置查節(jié)點的前驅

通過兩個指針 prev 和 p 和一個計數器 i 進行遍歷，prev從頭節(jié)點開始，p從頭節(jié)點的next域開始，兩個指針同步前進同步停止。但是在循環(huán)之前需要判斷 pos位置是否合法。當pos<1 時返回NULL

當 p == NULL 的時候說明沒有找到退出循環(huán)返回 NULL當 i==pos 時說明找到了這個數據的節(jié)點，此時返回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

通過調用查找前驅的函數找到它的前驅，那么前驅的后繼就是當前查詢的節(jié)點。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)點插入數據

我們認為，形參中傳入進來的節(jié)點地址就是存在的（通過其他函數嵌套使用，并不可單獨使用）直接插入即可。

在這里插入圖片描述

首先通過 **Buynode（）**函數申請一個節(jié)點，保存val值然后把ptr->next賦值給s->next 此時s和ptr都指向 300 這個地址然后將 s 的地址賦值給 ptr->next ，完成插入

在這里插入圖片描述

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（）**函數申請一個節(jié)點，保存val值然后把頭節(jié)點指向的next的地址賦值給 s->next

在這里插入圖片描述

最后把s 的地址賦值給頭節(jié)點的next域

在這里插入圖片描述

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p指針遍歷鏈表到 p->next == NULL 說明此時p指針所指向的節(jié)點就是尾節(jié)點使用**Buynode（）**申請一個節(jié)點，將val值賦值給s 并且將s->next置為空

在這里插入圖片描述

最后將 s 的地址賦值給 p->next ，完成尾插

在這里插入圖片描述

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
	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)判斷鏈表是否結束以及計數鏈表的位置此時while循環(huán)有兩種情況結束

當 s->next == NULL 時，說明 s指向的鏈表的尾部，此處退出循環(huán)，判斷pos和i的關系如果pos>i 說明pos位置遠遠大于鏈表有效長度，無法插入。
當 i>pos 退出循環(huán)時，說明已經找到了pos位置，并且s->next就是待插入位置，此時調用**Insert_Next（）**函數，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;//計數鏈表位置
	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

我們認為，形參中傳入進來的節(jié)點地址就是存在的（通過其他函數嵌套使用，并不可單獨使用）直接刪除即可。首先用一個指針保存ptr ->next 的值（也就是待刪除結點的地址）

在這里插入圖片描述

然后將 p->next 的值賦值給 ptr->next

在這里插入圖片描述

最后使用 Freenode（）函數釋放p節(jié)點

在這里插入圖片描述

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是一個有效值
	{
		return false;
	}
	ListNode* p = ptr->next;
	ptr->next = p->next;
	Freenode(p);//釋放節(jié)點
	return true;
}

15.刪除第一個節(jié)點

直接調用 **Earse_Next（）**函數，傳入頭節(jié)點頭節(jié)點的后續(xù)節(jié)點就是第一個節(jié)點。代碼如下：

void Pop_Front(LinkList head)
{
	assert(head != NULL);
	Earse_Next(head, head);
}

16.刪除最后一個節(jié)點

通過兩個指針 pre和 p分別指向頭節(jié)點和頭節(jié)點的下一個節(jié)點使用while循環(huán)找到最后一個節(jié)點的前驅然后調用 **Earse_Next（）**函數，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.刪除數據域和val相等的元素

通過 **FindPos_Prev（）函數查到val數據的節(jié)點地址然后通過Earse_Next（）**函數，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.刪除數據域和val相等的所有元素

通過while循環(huán) 不斷調用**FindValue_Prev（）函數返回地址然后通過通過Earse_Next（）函數，完成刪除一個數據直到FindValue_Prev（）**函數返回地址為NULL的時候，說明鏈表里沒有這個數據退出循環(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

不斷調用頭刪函數，直到除了頭節(jié)點以外沒有任何節(jié)點（判空函數）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;//數據元素struct ListNode* next;//指針域}ListNode,*LinkList;//初始化函數 headListNode* InitList();//清空鏈表void ClearList(LinkList head);//銷毀鏈表void DestroyList(LinkList head);//判空函數 bool IsEmpty(LinkList head);//返回數據節(jié)點的個數int GetSize(LinkList head);//傳入頭節(jié)點打印函數void PrintList(LinkList head);//按數據查詢返回含有此數據節(jié)點的前驅ListNode* FindValue_Prev(LinkList head, ElemType val);//按數據查詢 返回含有當前數據的節(jié)點ListNode* FindValue(LinkList head, ElemType val);//按pos位置查節(jié)點ListNode* FindPos(LinkList head, int pos);//按pos位置查節(jié)點的前驅ListNode* FindPos_Prev(LinkList head, int pos);//按節(jié)點插入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bool Earse_Next(LinkList head, ListNode* ptr);//刪除第一個節(jié)點void Pop_Front(LinkList head);//刪除最后一個節(jié)點void Pop_Back(LinkList head);//刪除數據域和val相等的元素bool Remove(LinkList head, ElemType val);//刪除數據域和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;//數據元素
	struct ListNode* next;//指針域
}ListNode,*LinkList;
//初始化函數 head
ListNode* InitList();
//清空鏈表
void ClearList(LinkList head);
//銷毀鏈表
void DestroyList(LinkList head);
//判空函數 
bool IsEmpty(LinkList head);
//返回數據節(jié)點的個數
int GetSize(LinkList head);
//傳入頭節(jié)點打印函數
void PrintList(LinkList head);
//按數據查詢返回含有此數據節(jié)點的前驅
ListNode* FindValue_Prev(LinkList head, ElemType val);
//按數據查詢 返回含有當前數據的節(jié)點
ListNode* FindValue(LinkList head, ElemType val);
//按pos位置查節(jié)點
ListNode* FindPos(LinkList head, int pos);
//按pos位置查節(jié)點的前驅
ListNode* FindPos_Prev(LinkList head, int pos);
//按節(jié)點插入
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
bool Earse_Next(LinkList head, ListNode* ptr);
//刪除第一個節(jié)點
void Pop_Front(LinkList head);
//刪除最后一個節(jié)點
void Pop_Back(LinkList head);
//刪除數據域和val相等的元素
bool Remove(LinkList head, ElemType val);
//刪除數據域和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
{
	ListNode* s = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	if (s == NULL) exit(1);
	memset(s, 0, sizeof(ListNode));//將節(jié)點內數據全部填充為0
	return s;//返回申請成功的節(jié)點地址
}
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);
}

到此這篇關于數據結構之帶頭結點的單鏈表的文章就介紹到這了,更多相關帶頭結點的單鏈表內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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數據結構之帶頭結點的單鏈表

目錄

一、單鏈表的概念

二、結構體聲明：

三、函數

1.購買節(jié)點

2.釋放節(jié)點

3.單鏈表的初始化

4.判空函數

5.獲取單鏈表有效值個數

6.按數據查詢（返回含有此數據節(jié)點的前驅）

7.按數據查詢（返回含有當前數據的節(jié)點）

8.按pos位置查節(jié)點的前驅

9.按pos位置查節(jié)點

10.按照節(jié)點插入數據

11.頭插法

12.尾插法

13.按pos位置插入

14.刪除ptr指針后續(xù)節(jié)點

15.刪除第一個節(jié)點

16.刪除最后一個節(jié)點

17.刪除數據域和val相等的元素

18.刪除數據域和val相等的所有元素

19.清空鏈表

20.銷毀鏈表

四.完整代碼

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數據結構之帶頭結點的單鏈表

目錄

一、單鏈表的概念

二、結構體聲明：

三、函數

1.購買節(jié)點

2.釋放節(jié)點

3.單鏈表的初始化

4.判空函數

5.獲取單鏈表有效值個數

6.按數據查詢（返回含有此數據節(jié)點的前驅）

7.按數據查詢（返回含有當前數據的節(jié)點）

8.按pos位置查節(jié)點的前驅

9.按pos位置查節(jié)點

10.按照節(jié)點插入數據

11.頭插法

12.尾插法

13.按pos位置插入

14.刪除ptr指針后續(xù)節(jié)點

15.刪除第一個節(jié)點

16.刪除最后一個節(jié)點

17.刪除數據域和val相等的元素

18.刪除數據域和val相等的所有元素

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