C语言链式存储结构的详细讲解
一.前言(为什么要使用链式存储)一.单链表1.单链表的结点描述2.单链表基本操作(1)初始化单链表(2)采用头插法建立单链表(带头结点)(3).采用尾插法建立单链表(4)按照位序查找结点(4)在链表中间插入结点(5)删除第i个结点 二.双链表1.双链表的结点类型描述2.双链表的基本操作(1)初始化双链表(带头结点)(2)双链表的头插法(2)双链表的删除操作 三.循环单链表四.循环双链表五.静态链表六`.链表的知识总结
一.前言(为什么要使用链式存储)
在我们学习过顺序存储结构之后,我们会发现顺序存储结构往往会有一个内存空间有限或者内存分配过多的情况以及我们需要频繁进行插入删除操作的时候,会发现使用顺序表会很麻烦,但是,本篇文章将会教你如何使用链式存储结构,使得我们的效率提升.
一.单链表
它是通过通过一组任意的存储单元来存储线性表中的数据元素,为了建立各个元素之间的联系,我们需要在每一个结点后面存放一个指针域来指向此结点的后继结点,所以会建立一个结构体,一个结点由一个数据域data和一个指针域next组成
1.单链表的结点描述
typedef struct LNode{ElemType data;//数据域struct LNode* next;//指针域}LNode,*LinkList;//将struct重命名ps:实际下面的LNode 和*LinkList可以看成
typedef struct LNode LNode;就是倒时侯声明结构体的时候可以直接使用LNode去声明而不需要使用struct LNode
2.单链表基本操作
(1)初始化单链表
#include<malloc.h>#define Elemtype inttypedef struct LNode{Elemtype data;struct LNode* next;}LNode,*LinkList;void InitLink(LinkList* L){(*L) = (LNode*)malloc(sizeof(LNode));//初始化头结点(*L)->next = NULL;}(2)采用头插法建立单链表(带头结点)
头插法就是通过先创建一个结点,然后用结点的数据域接收我们输入的数据,让每次生成的结点拼接到头结点的后面
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代码实现
void ListInsert(LinkList* L){int input = 0;//数据域LNode* s;printf("请输入一个数(输入0退出):->");scanf("%d", &input);while (input){s = (LNode*)malloc(sizeof(LNode));s->data = input;s->next = (*L)->next;(*L)->next = s;printf("请输入一个数(输入0退出):->");scanf("%d", &input);}}输出结果
采用头插法建立单链表,写入数据的顺序和生成单链表中的元素的顺序的恰恰相反的每个结点插入的时间为O(1),所以单链表的头插法可以用来解决元素逆置的问题,那么如果使用不带头结点的头插法进行结点的插入,只需要把插入的代码改为s->next = head; head =s;就可以了
(3).采用尾插法建立单链表
头插法固然简单,但是它写入与链表元素存储的顺序不一致,如果我们想要让写入的数据和链表生成和元素的数据域顺序一致,那么就可以使用链表的尾插法进行创建链表
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ps:通过上面的图解我们可以看到,我们需要再初始化一个指针,让它时刻指向的是尾结点
代码实现
void ListInsertTail(LinkList* L){int input = 0;LNode* s;LNode* r;//指向尾结点r = (*L);printf("请输入一个数(输入0退出):->");scanf("%d", &input);while (input){s = (LNode*)malloc(sizeof(LNode));s->data = input;r->next = s;r = s;//让r指向尾结点printf("请输入一个数(输入0退出):->");scanf("%d", &input);}}运行结果
因为尾插法附设了一个指向表尾结点的指针,因此时间复杂度与头插法相同
(4)按照位序查找结点
因为在链式存储中不具备随机存储的功能,所以我们要查找某个结点的话,只能从表头依次向后查找
代码实现
int Get_Elem(LinkList* L,int i){if (i < 1)printf("i is overflow\n");int j = 1;LNode* s;s = (*L)->next;//第一个结点while (s != NULL && j < i){s = s->next;j++;}return s->data;}运行结果
ps:这里的位序不是下标,而是指在第几个结点,是从1开始计数的,从上图可知,我们在单链表中查找某一个元素的时间复杂度为O(n)
(4)在链表中间插入结点
实现思路:首先我们需要找到要插入位序的前驱结点,然后用指针域进行连接
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注意:我们要先让新结点s指向结点i-1的next指向的那个结点,如果先让i-1的next指向s,会导致断链,所以此处我们要先让s的next指向结点i-1的next指向的那个结点
代码实现
void InsertNode(LinkList* L, int i){if (i < 1){printf("The Linklist is overflow!\n");}int input = 0;int j = 1;//遍历位序LNode* q;q = (*L)->next;printf("请输入你要插入的数据元素:->");scanf("%d", &input);LNode* s = (LNode*)malloc(sizeof(LNode));while (q != NULL && j < i-1)//找到第i-1个元素{q = q->next;j++;}s->data = input;s->next = q->next;q->next = s;}运行结果
(5)删除第i个结点
实现思路也是和在第i个结点前插入结点是一样的,我们只需要先找到第i-1个结点然后通过改变指针域指向的结点,达到删除效果
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代码实现
void PopNode(LinkList* L, int i){if (i < 1){printf("The Linklist is overflow!\n");}int j = 1;//遍历位序LNode* q;q = (*L)->next;while (q != NULL && j < i - 1)//找到第i-1个元素{q = q->next;j++;}LNode* s = q->next;//令s为要删除的结点q->next = s->next;free(s);}运行结果
扩展: 如果要删除指定结点p,以我们上面的做法就是直接遍历链表找到p的前驱结点,然后使用删除结点的基本删除操作进行删除,其实,也可以直接通过找到p结点的的方式将p结点进行删除,实质就是将p的后继结点的数据元素赋值给p元素,从而达到删除结点的目的.
主要实现思想:
定义一个结点q = p->next2.让p的后继结点的data赋值给p结点的data(p->data=q->data)
3.让p结点指针指向p的后继结点q的后继结点(p->next = q->next)
4.最后释放q结点(free(q))
二.双链表
从上面对单链表的学习可以知道,单链表结点只能从头结点依次遍历去找到对应的结点,使得单链表执行删除插入操作的时候只能通过从头开始遍历找到前驱结点的方法实现插入删除某个结点的操作,为了解决单链表上述的缺点,引入了双链表,双链表里面有两个指针front和next前者指向前驱结点,后者指向后继结点
1.双链表的结点类型描述
#define Elemtype inttypedef struct LNode{Elemtype data;//数据域struct LNode* front;//指向前驱结点struct LNode* next;//指向后继结点}*LinkList,LNode; 2.双链表的基本操作
(1)初始化双链表(带头结点)
void InitDlink(LinkList* L){(*L) = (LNode*)malloc(sizeof(LNode));(*L)->front = NULL;(*L)->next = NULL;}(2)双链表的头插法
代码实现
void PushNode(LinkList* L){int input = 0;LNode* s;LNode* head;head = (*L);printf("请输入一个数(输入0停止输入):->");scanf_s("%d", &input);while (input){s = (LNode*)malloc(sizeof(LNode));s->data = input;s->next = head->next;if (head->next != NULL){head->next->front = s;//将s结点插入到head结点之后}head->next = s;s->front = head;printf("请输入一个数(输入0停止输入):->");scanf("%d", &input);}}双链表使用头插法时,要注意当你插入的结点是链表中第一个结点时,头结点是不存在后继的前驱的,所以我们这里要对链表第一个个结点插入进行条件判断,以便正确将结点插入
图解
上述插入结点的代码顺序也不是唯一的,当然也可以交换顺序但是,前两行代码必须在head->next = s
之前
(2)双链表的删除操作
删除某个指定结点内容为3的结点
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代码实现
void PopNode(LinkList* L,int data){LNode* p = (*L)->next;while (p && p->data != data){p = p->next;}if (p == NULL) //要删除的结点不在链表中{printf("此结点不存在\n");}LNode* q = p->front;//找到要删除的结点p的前驱结点qq->next = p->next;//要删除结点在链表末端if (p->next != NULL)//删除结点不是链表末端结点{p->next->front = q;}free(p);}运行结果
(1)要删除的链表结点不在链表末端
(2)删除链表结点不存在
三.循环单链表
循环单链表和单链表的区别就在于表中的最后一个结点的next指向的不是NULL而是链表的头结点,从而使得链表成为一个环形
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代码实现
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>// 定义循环单链表节点结构体typedef struct node { int data; struct node *next;} Node, *LinkList;// 创建循环单链表 LinkList create_list(int n) { LinkList head, p, q; int i; head = (LinkList)malloc(sizeof(Node)); head->data = 0; head->next = head; q = head; for (i = 0; i < n; i++) { p = (LinkList)malloc(sizeof(Node)); printf("请输入第%d个节点的值：", i+1); scanf("%d", &p->data); q->next = p; q = p; } q->next = head; return head;}// 遍历循环单链表 void traverse_list(LinkList L) { LinkList p = L->next; int i = 0; while (p != L) { printf("第%d个节点的值为：%d\n", i+1, p->data); p = p->next; i++; }}//在循环单链表中插入节点 void insert_node(LinkList L, int pos, int val) { LinkList p, q; int i = 0; p = L->next; while (p != L && i < pos-1) { p = p->next; i++; } if (p == L || i > pos-1) { printf("插入位置不合法！\n"); return; } q = (LinkList)malloc(sizeof(Node)); q->data = val; q->next = p->next; p->next = q;}//在循环单链表中删除节点void delete_node(LinkList L, int pos) { LinkList p, q; int i = 0; p = L->next; while (p != L && i < pos-1) { p = p->next; i++; } if (p == L || p->next == L || i > pos-1) { printf("删除位置不合法！\n"); return; } q = p->next; p->next = q->next; free(q);}int main() { LinkList L; int n, pos, val; printf("请输入循环单链表的长度："); scanf("%d", &n); L = create_list(n); traverse_list(L); printf("请输入要插入的位置和值："); scanf("%d%d", &pos, &val); insert_node(L, pos, val); traverse_list(L); printf("请输入要删除的节点位置："); scanf("%d", &pos); delete_node(L, pos); traverse_list(L); return 0;}四.循环双链表
循环双链表其实就是在循环单链表的基础上让头结点前驱指针指向表尾结点
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代码实现
以下是一个简单的循环双链表实现的C语言代码：```c#include <stdio.h>#include <stdlib.h>//定义循环双链表节点结构体typedef struct node { int data; struct node *prev; struct node *next;} Node, *LinkList;// 创建循环双链表 LinkList create_list(int n) { LinkList head, p, q; int i; head = (LinkList)malloc(sizeof(Node)); head->data = 0; head->prev = head; head->next = head; q = head; for (i = 0; i < n; i++) { p = (LinkList)malloc(sizeof(Node)); printf("请输入第%d个节点的值：", i+1); scanf("%d", &p->data); p->prev = q; q->next = p; q = p; } q->next = head; head->prev = q; return head;}//遍历循环双链表void traverse_list(LinkList L) { LinkList p = L->next; int i = 0; while (p != L) { printf("第%d个节点的值为：%d\n", i+1, p->data); p = p->next; i++; }}//在循环双链表中插入节点void insert_node(LinkList L, int pos, int val) { LinkList p, q; int i = 0; p = L->next; while (p != L && i < pos-1) { p = p->next; i++; } if (p == L || i > pos-1) { printf("插入位置不合法！\n"); return; } q = (LinkList)malloc(sizeof(Node)); q->data = val; q->prev = p; q->next = p->next; p->next->prev = q; p->next = q;} //在循环双链表中删除节点void delete_node(LinkList L, int pos) { LinkList p, q; int i = 0; p = L->next; while (p != L && i < pos-1) { p = p->next; i++; } if (p == L || p->next == L || i > pos-1) { printf("删除位置不合法！\n"); return; } q = p->next; p->next = q->next; q->next->prev = p; free(q);}int main() { LinkList L; int n, pos, val; printf("请输入循环双链表的长度："); scanf("%d", &n); L = create_list(n); traverse_list(L); printf("请输入要插入的位置和值："); scanf("%d%d", &pos, &val); insert_node(L, pos, val); traverse_list(L); printf("请输入要删除的节点位置："); scanf("%d", &pos); delete_node(L, pos); traverse_list(L); return 0;}五.静态链表
静态链表是通过数组来描述线性表的链式存储结构,结点里面也是由数据域和指针域组成,但是静态链表中的指针域不是结点的地址而是数组下标静态链表也是在内存中开辟一片连续的内存空间
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这里我的结束标识是指针下标为-1的结点,而-2代表的是分配的那一片内存空间的空闲区域
六`.链表的知识总结
主要是要学会单链表的插入删除操作才可以更好的理解其他的链式存储方式,双链表的头插法插入节点一定要记得考虑是否插入的节点是链表中的第一个节点,它是不存在后继的前驱指针的,进行删除操作时也要考虑自己删除的是否为链表的栈顶结点(末端结点)删除时,要知道栈顶结点是不存在前驱结点的.