数据结构之手撕链表（讲解➕源代码）

0.引言

我们在学习过顺序表之后，会发现两点不是很优秀的操作：
1.顺序表的头插和中间的插入：
非常麻烦，需要不断的覆盖数据。
2.动态开辟空间：
a.一般动态开辟的空间都是以2倍的形式开辟，当我们已经开辟了100个空间，并且存满了，此时我们还需要存放5个数据，那么就又需要开辟200个空间了，我们存放5个数据之后，还剩余了195个空间没有放数据，这也就导致了空间的浪费。
b. 而我们开辟新空间，拷贝数据，释放旧空间还会有一定的消耗。

注意⚠️⚠️⚠️：
我们在申请空间的时候必须要主动给它释放掉，因为申请空间的时候，是在堆上申请的，这段空间不会随着程序的结束而自然释放掉，所以要在我们程序结束之前，主动释放掉这段空间。

那有没有一种结构会很简便呢？答案肯定是有的，就是我们本次要讲解的链表。

1.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实现的。也就是说链表的物理结构不连续，但逻辑结构连续。

我们通常定义一个结构体来表示链表的节点，结构体内部要包括节点的值和指向下一个节点的指针。

链表开始的节点称作：头节点，通常用head表示；

链表末尾的节点称作：尾结点，通常用tail表示；

其余节点称作：中间节点。

2.链表的逻辑模型

如图：在逻辑模型，可以看出它们是一个接着一个的，在逻辑上连续。

3.链表的物理模型

如图：在物理模型中，我们看到每个节点的地址都不是连续的，但是通过指针链接起来了。

4.链表的分类

4.1 单向链表

4.2 双向链表

4.3 带头单向链表（带哨兵位）

4.4带头双向链表（带哨兵位）

4.5循环单链表

4.6循环双向链表

4.7带头循环单链表

4.8带头循环双向链表

5. 单链表的实现（接口实现代码）

5.1单链表的定义

typedef int SLTDataType;typedef struct SListNode
{SLTDataType data;struct SListNode* next;
}SLTNode;

5.3单链表的销毁

void SLT_Destroy(SLTNode*phead)//销毁
{while (phead != NULL){SLTNode *over = phead->next;free(phead);phead = over;}
}

5.4单链表的动态申请一个节点空间

SLTNode* BuySListNode(SLTDataType x) //创造新节点
{SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");exit(-1);}newnode->data = x;newnode->next = NULL;return newnode;
}

5.5单链表的头插头删

void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x) //头插
{SLTNode* newnode = BuySListNode(x);newnode->next = *pphead;*pphead = newnode;
}void SLTPopFront(SLTNode** pphead) //头删
{// 空assert(*pphead);// 非空SLTNode* newhead = (*pphead)->next;free(*pphead);*pphead = newhead;
}

5.6单链表的尾插尾删

void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x) //尾插
{SLTNode* newnode = BuySListNode(x);if (*pphead == NULL){// 改变的结构体的指针，所以要用二级指针*pphead = newnode;}else{SLTNode* tail = *pphead;while (tail->next != NULL){tail = tail->next;}// 改变的结构体，用结构体的指针即可tail->next = newnode;}
}void SLTPopBack(SLTNode** pphead) //尾删
{// 1、空assert(*pphead);// 2、一个节点// 3、一个以上节点if ((*pphead)->next == NULL){free(*pphead);*pphead = NULL;}else{SLTNode* tail = *pphead;while (tail->next->next){tail = tail->next;}free(tail->next);tail->next = NULL;}
}

5.7单链表的在pos位置之前的插入

void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)//pos之前插入
{assert(pphead);assert(pos);if (pos == *pphead){SLTPushFront(pphead, x);}else{SLTNode* prev = *pphead;while (prev->next != pos){prev = prev->next;}SLTNode* newnode = BuySListNode(x);prev->next = newnode;newnode->next = pos;}
}

5.8单链表的在pos位置之后的插入

void SLTInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x)//在pos之后插入
{assert(pos);SLTNode* newnode = BuySListNode(x);pos->next = newnode;newnode->next = pos->next;
}

5.9单链表的删除pos位置的节点

void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{assert(pphead);assert(pos);if (pos == *pphead){SLTPopFront(pphead);}else{SLTNode* prev = *pphead;while (prev->next != pos){prev = prev->next;}prev->next = pos->next;free(pos);//pos = NULL;}
}

5.10单链表的删除pos位置之后的节点

void SLTEraseAfter(SLTNode* pos)
{assert(pos);// 检查pos是否是尾节点assert(pos->next);SLTNode* posNext = pos->next;pos->next = posNext->next;free(posNext);posNext = NULL;
}

5.11单链表的查找

SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x) //查找
{SLTNode* cur = phead;while (cur){if (cur->data == x){return cur;}cur = cur->next;}return NULL;
}

6.带头双向循环链表的实现（接口实现代码）

6.1带头双向循环链表的定义

typedef int LTDataType;
typedef struct ListNode
{struct ListNode* prev; //前驱LTDataType data;struct ListNode* next; //后继
}ListNode;

6.2带头双向循环链表的初始化

ListNode* ListInit() //初始化链表
{ListNode *head = (ListNode*) malloc(sizeof (ListNode));if(head ==  NULL){perror("初始化开辟空间失败");exit(-1);}head->data = -1;head->prev = head;head->next = head;return head;
}

6.3带头双向循环链表的销毁

void ListDestory(ListNode* pHead) //销毁
{int len = ListSize(pHead) + 1;while (len--)ListPopFront(pHead);
}

6.4带头双向循环链表的打印

void ListPrint(ListNode* phead) //打印
{assert(phead);ListNode *phead_next = phead->next;printf("phead <-> ");while(phead_next != phead){printf("%d <-> ",phead_next->data);phead_next = phead_next->next;}printf("phead\n");
}

6.5带头双向链表的增加节点

ListNode* BuyListNode(LTDataType x) //增加节点
{ListNode *newnode = (ListNode*) malloc(sizeof (ListNode));if(newnode == NULL){perror("增加节点开辟空间失败");exit(-1);}newnode->data = x;newnode->next = NULL;newnode->prev = NULL;return newnode;
}

6.6带头双向循环链表的在pos之前插入

void ListInsert(ListNode* pos,LTDataType x)//在pos位置之前插入
{assert(pos);ListNode *newnode = BuyListNode(x);ListNode *pos_prev = pos->prev;pos_prev->next = newnode;newnode->prev = pos_prev;newnode->next = pos;pos->prev = newnode;
}

6.7带头双向循环链表删除pos位置

void ListErase(ListNode* pos)//删除pos位置的节点
{assert(pos);ListNode *pos_next = pos->next;ListNode *pos_prev = pos->prev;pos_prev->next = pos_next;pos_next->prev = pos_prev;free(pos);
}

6.8带头双向循环链表的尾插尾删

void ListPushBack(ListNode* phead,LTDataType x)//尾插
{assert(phead);ListInsert(phead,x);
}void ListPopBack(ListNode* phead)//尾删
{assert(phead);ListErase(phead->prev);
}

6.9带头双向循环链表的头插头删

void ListPushFront(ListNode* phead,LTDataType x)//头插
{assert(phead);ListInsert(phead->next,x);
}void ListPopFront(ListNode* phead)//头删
{assert(phead);ListErase(phead->next);
}

6.10带头双向循环链表的长度求解

int ListSize(ListNode* phead)//求链表的长度
{assert(phead);int len = 0;ListNode *phead_next = phead->next;while(phead != phead_next){len++;phead_next = phead_next->next;}return len;
}

6.11带头双向循环链表的寻找某一节点

ListNode*ListFind(ListNode* phead, LTDataType num)//寻找某一个节点
{assert(phead);ListNode *find = phead->next;while(find != phead){if(find->data == num){return find;}find = find->next;}return NULL;
}

7.顺序表和链表的区别

不同点	顺序表	链表
存储空间上	物理上一定连续	逻辑一定连续，物理不一定
任意位置插入或者删除元素	需要覆盖数据	通过指针就能找到
插入	动态顺序表需要扩容	没有容量概念，需要一个给一个
缓存利用率	高	低