数据结构与算法 ---- 单链表与其代码演示

企业开发 2020-03-25 10:19:53 阅读次数: 0

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数组的局限性

我们在编程时，往往都会用到数组，数组是顺序存储结构，其在内存中，都是以相邻地址来做存储的，
例如，定义一个整型的数组，int a[10] ;在内存中，这样表现：
在这里插入图片描述
每个成员占用4个字节，然而，在我们使用数组时，很多情况是这样的：
在这里插入图片描述
从图中可以看出，数组在使用时会产生离散空间，这会造成内存的浪费，并且，数组是需要先分配，在使用的，很多时候我们是不知道我们接收到的数据的，即使使用动态分配，其原理还是离不开先分配后使用，内存需求是不确定的，所以我们引入了链表；

单链表的原理

我们将链表中的每一个成员设置为一个结构体，该结构体包含了数据段（Data）
与指针段（nextNode），数据段用来存储我们想存储的数据，数据是多样的，数据的信息更是多样，例如我们要保存有个学生的学号，姓名和年龄，所以这个数据段，我们任然可以用一个结构体来表示；而指针段则存储了指向下一个结点位置的指针，因为指向链表中的结点，所以指针的类型与该结点的结构体一样；定义结点：

typedef struct 
{
      char key[10];   //该节点的关键字
      char name[20];   //数据内容，假设为学生姓名
      int  age;       //学生年龄
}Data;
      
typedef struct Node
{
      Data nodeData;   //数据段；
      struct Node *nextNode;   //指向下一个结点的指针
}CLType;

定义一个链表很简单，只需定义一个CLType 类型的头指针即可，该指针指向链表的第一个结点（头结点），若为空表，则头指针为空；一个完整的链表如图：
在这里插入图片描述

头指针指向头结点，头结点的nextNode指正指向其下一个结点，以此往下，就把各个结点“ 串 ” 了起来，并且，这些结点的位置在物理内存中可以不相邻，只要指针以此指向他们的下一个结点即可；我们又称结点的的上一个结点是该节点的前去，该节点指向的结点为其后继，最后一个结点的指针指向空，这是尾结点；

创建链表

尾插法

既然知道了链表的结构，那么怎么将我们想要的数据插入到链表中呢？
首先来讲尾插法：顾名思义，尾插法就是从链表的尾部进行插入，每来一个新的 结点，就将其安排在链表的尾部；

思路

既然要插入到尾部，则必须让链表当前的尾结点的nextNode指针指向新来的结点，并将新结点的nextNode指针指向空；

1.定义两个 CLType 类型的指针，一个是新节点，一个用来遍历链表（我们并不知道尾结点的指针，只知道头指针，所以我们需要从头结点出发，根据链表的指针顺藤摸瓜一直找到指向NULL的指针为止，第二个指针就用来保存我们遍历的链表结点的指针）；
2.为新节点指针申请存储空间；
3.将数据存入新节点；
4.遍历链表，找到指向NULL的指针，即尾结点；
5.插入新节点

图解

在这里插入图片描述

尾插法代码
CLType *CLAddEnd(CLType *head,Data nodeData)   //返回值是CLtype类型的，参数会用到头指针，传入的一个结构体
{
    CLType *node,*htemp;
    if((node = (CLType *)malloc(sizeof(CLType))) == NULL)   //分配存储空间
    {
        perror("malloc failure");   //分配失败
        return NULL;
    }

    else 
    {
        node->nodeData = nodeData;   //将参数的值赋给新结点；
        node->nextNode = NULL;

        if(head == NULL)   //空表，则成为头结点
        {
            head = node;
            return head;
        }

        htemp = head;   //将头指针的值赋给临时变量htemp；

        while(htemp->nextNode != NULL)
        {
            htemp = htemp->nextNode;   //移动临时变量
        }

        htemp->nextNode = node;

        return head;
        
    }
}

 

头插法

思路

1.定义一个新结点；
2.malloc() 分配内存；
3.赋值；
4.将头指针所指的结点赋予新结点的 nextNode，将头指针指向新结点；

图解

在这里插入图片描述

头插法代码
CLType *CLAddFirst(CLType *head,Data nodeData)   //头插法
{
    CLType *node;
    if((node = (CLType *)malloc(sizeof(CLType))) == NULL)
    {
        printf("malooc failure");
        return NULL;
    }
    else 
    {
        node->nodeData = nodeData;   //保存数据
        node->nextNode = head;       //指向头结点所指的指针
        head = node;                 //头结点指向新增结点
        return head;
    }
    
}

注意：头插法操作比较简单，但是，在将新结点插入到头指针之后的操作顺序是不能颠倒的，必须先将头指针所保存的地址赋给新结点的nextNode指针，再将头指针指向新结点node，后面结点的插入也是此，只是将头指针换成了某个结点的nextNode指针；

链表基本操作

查找节点

思路

通常我们需要在已创建的链表中查找某个节点，在这，我们可以用到结点数据段中的某得成员进行查找，例如使用关键字进行查找，我们可以输入想要查找的关键字，然后从头结点依次往下查找，查找到后返回该节点的指针；

图解

在这里插入图片描述
定义一个临时指针。用来遍历这个链表。若查找不到就下移，超找到了就返回这个指针当前所指，若到表尾任然未找到则返回空；

查找结点代码

 

CLType *CLFindNode(CLType *head,char *key)   //按关键字查找结点
{
    CLType *htemp;
    htemp = head;                    //保存头结点的指针 
    while(htemp)
    {
        if(strcmp(htemp->nodeData.key,key) == 0) //查找关键字
        {
            return htemp;
        }
        htemp = htemp->nextNode;     //处理下一个结点
    }
    return NULL;

}

 

插入节点

思路

回想头插法，在插入一个结点时，先将要插入位置前的那一个结点的指针所指向的地址赋给新结点的nextNode指针，再将要插入位置前的哪一个结点的指针指向新结点，具体如何找到在哪开插入，我们可以使用关键字进行循环查找；这就会用到我们的前一个功能查找，定义一个临时的变量 nodetemp，这个变量用来保存插入位置的前一个结点，即在该节点后插入；

图解

在这里插入图片描述
顺序：
nodetemp->nextNode = node->nextNode;
nodetemp->nextNode = node;

插入成功：
在这里插入图片描述

删除结点

思路

删除结点很简单，只需将要删除结点的上一个结点指向要删除结点的下一个结点，再将删除结点的内存释放即可，所以我们要用到两个指针，分别代表要删除的结点和该结点的上一个结点；

图解

在这里插入图片描述
node->nextNode = htemp->nextNode;
free(nodetemp);

在这里插入图片描述

删除结点代码
int CLDeleteNode(CLType *head,char *key)
{
    CLType *node,*htemp;                  //node用来保存要删除结点的前一个结点
    htemp = head;
    while(htemp)
    {
        if(strcmp(htemp->nodeData.key,key) == 0)
        {
            node->nextNode = htemp->nextNode;
            free(htemp);
            return 1;
        }
        else 
        {
            node = htemp;
            htemp = htemp->nextNode;   //node指向htemp所指，htemp后移；

        }
    }
    return 0;      //未删除
}

计算链表长度

只需遍历链表，找到nextNode为空的结点，每后移一个结点，length+1；

代码
int CLLength(CLType *head)
{
    CLType *htemp;
    int Len = 0;
    htemp = head;
    while(htemp)
    {
        Len++;
        htemp = htemp->nextNode;
    }

    return Len;
}

列出链表所有内容

定义一个结点类型（CLType）的结构体Data，和一个指针node，指针用来遍历链表，而Data用来保存该指针当前所指的结点信息，打印完该信息后，指针后移，再用后移后的指针给结构体赋值，循环一直到表尾；

代码
void CLAllNode(CLType *head)
{
    CLType *htemp;
    Data nodeData;
    htemp = head;
    printf("链表当前共有%d个结点。链表如下：\n",CLLength(head));
    while(htemp)
    {
        nodeData = htemp->nodeData;
        printf("结点(%s,%s,%d)\n",nodeData.key,nodeData.name,nodeData.age);
        htemp = htemp->nextNode;
    }
}

单链表程序总览与代码演示

我将所有的操作函数全部写到一个c文件里，写一个主函数，通过通过标准输入获取到信息，再使用尾插法将信息存入链表，然后依次演示代码功能；

单链表程序总览

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct
{
    char key[10];
    int age;
    char name[20];
}Data;

typedef struct Node
{
    Data nodeData;
    struct Node *nextNode;
}CLType;

CLType *CLAddEnd(CLType *head,Data nodeData)   //尾插法
{
    CLType *node,*htemp;
    if((node = (CLType *)malloc(sizeof(CLType))) == NULL)
    {
        perror("malloc failure");
        return NULL;
    }

    else 
    {
        node->nodeData = nodeData;
        node->nextNode = NULL;

        if(head == NULL)
        {
            head = node;
            return head;
        }

        htemp = head;

        while(htemp->nextNode != NULL)
        {
            htemp = htemp->nextNode;
        }

        htemp->nextNode = node;

        return head;
        
    }
}               
    
CLType *CLAddFirst(CLType *head,Data nodeData)   //头插法
{
    CLType *node;
    if((node = (CLType *)malloc(sizeof(CLType))) == NULL)
    {
        printf("malooc failure");
        return NULL;
    }
    else 
    {
        node->nodeData = nodeData;   //保存数据
        node->nextNode = head;       //指向头结点所指的指针
        head = node;                 //头结点指向新增结点
        return head;
    }

    
}

CLType *CLFindNode(CLType *head,char *key)   //按关键字查找结点
{
    CLType *htemp;
    htemp = head;                    //保存头结点的指针 
    while(htemp)
    {
        if(strcmp(htemp->nodeData.key,key) == 0) //查找关键字
        {
            return htemp;
        }
        htemp = htemp->nextNode;     //处理下一个结点
    }
    return NULL;

}

CLType *CLInsertNode(CLType *head,char *findkey,Data nodeData)
{
    CLType *node,*nodetemp;
    if((node = (CLType *)malloc(sizeof(CLType))) == NULL)
    {
        printf("malooc failure");
        return 0;
    }
    node->nodeData = nodeData;
    nodetemp = CLFindNode(head,findkey);
    if(nodetemp)
    {
        node->nextNode = nodetemp->nextNode;
        nodetemp->nextNode = node;
    }
    else
    {
        printf("未找到关键字\n");
        free(node);
    }

    return head;
            
}

int CLDeleteNode(CLType *head,char *key)
{
    CLType *node,*htemp;                  //node用来保存要删除结点的前一个结点
    htemp = head;
    while(htemp)
    {
        if(strcmp(htemp->nodeData.key,key) == 0)
        {
            node->nextNode = htemp->nextNode;
            free(htemp);
            return 1;
        }
        else 
        {
            node = htemp;
            htemp = htemp->nextNode;

        }
    }
    return 0;      //未删除
}
    
int CLLength(CLType *head)
{
    CLType *htemp;
    int Len = 0;
    htemp = head;
    while(htemp)
    {
        Len++;
        htemp = htemp->nextNode;
    }

    return Len;
}

void CLAllNode(CLType *head)
{
    CLType *htemp;
    Data nodeData;
    htemp = head;
    printf("链表当前共有%d个结点。链表如下：\n",CLLength(head));
    while(htemp)
    {
        nodeData = htemp->nodeData;
        printf("结点(%s,%s,%d)\n",nodeData.key,nodeData.name,nodeData.age);
        htemp = htemp->nextNode;
    }
}


int main(int argc,char **argv)
{
    CLType *node,*head = NULL;
    Data nodeData;
    char key[10],findkey[10];

    printf("链表测试，先输入链表中的数据，格式为:关键字 姓名 年龄\n");
    do 
    {
        fflush(stdin);   //清空输入缓冲区；
        scanf("%s",nodeData.key);
        if(strcmp(nodeData.key,"0") == 0)   //若关键字为0则表示输入完成
        {
            break;
        }
        else 
        {
            scanf("%s%d",nodeData.name,&nodeData.age);
            head = CLAddEnd(head,nodeData);
        }
    }while(1);
    CLAllNode(head);

    printf("\n演示插入结点，输入插入位置的关键字：");
    scanf("%s",findkey);
    printf("输入插入结点的数据（关键字，姓名，年龄）：");
    scanf("%s%s%d",nodeData.key,nodeData.name,&nodeData.age);
    head = CLInsertNode(head,findkey,nodeData);
    CLAllNode(head);

    printf("\n演示删除结点，输入删除结点的关键字：");
    fflush(stdin);    //清空输入缓冲区
    scanf("%s",key);
    CLDeleteNode(head,key);
    CLAllNode(head);

    printf("演示按关键字查找，输入查找的关键字：");
    fflush(stdin);    //清空输入缓冲区
    scanf("%s",key);
    node = CLFindNode(head,key);
    if(node)
    {
        nodeData = node -> nodeData;
        printf("关键字为%s的结点为（%s,%s,%d)\n",key,nodeData.key,nodeData.name,nodeData.age);
    }
    else 
    {
        printf("在链表中未找到关键字为%s的结点！\n",key);

    }

}

代码演示

编译运行程序
在这里插入图片描述
按照要求，输入信息；
在这里插入图片描述
输入0按下enter表示输入完成；
在这里插入图片描述
输入完成后，程序会打印链表，并提示开始演示插入操作，要求我们输入插入的关键字，我们想在余小c后面插入数据，那就输入他的关键字2003，之后程序提示我们要插入的数据信息，按照格式书写即可，按下回车：

在这里插入图片描述程序打印了插入蛇哥后的链表，现在演示删除结点，输入要删除的关键字，若果我们想删除霸哥，则输入霸哥的关键字2004，按下enter：
在这里插入图片描述
霸哥被成功删除，现在提示输入查找，输入2006，按下回车：

在这里插入图片描述
程序打印了这一个结点的信息后退出；

这就是链表的一些基本操作了。

梦小羊
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