C语言中的链表

链表是一种数据结构，用于存放数据

存储数据的两种结构：

数组

优点：存取速度快

缺点：需要一个连续的很大的内存空间，插入和删除元素的效率很低
链表

优点：插入删除元素效率高，而且不需要一个连续的很大的内存

缺点：查找某个位置的元素效率低

链表的一些术语

首节点：存放第一个有效数据的节点
头结点：
1. 头结点是首节点前面的那个节点
2. 头结点的数据类型和首节点的类型是一样的
3. 头结点并不存放有效数据
4. 设置头结点的目的是为了方便对链表的操作
尾节点：存放最后一个有效数据的接地那
头指针：存放头结点地址的指针变量

一个简单的链表

#include <stdio.h>
struct Test
{
    
    
    int data;
    struct Test * next;
};
int main(void)
{
    
    
    struct Test t1 = {
    
    11,NULL};
    struct Test t2 = {
    
    22,NULL};
    struct Test t3 = {
    
    33,NULL};
    t1.next = &t2;
    t2.next = &t3;
    return 0;
}

struct Test * next表示定义了一个指针，这个指针用于存放的是struct Test类型变量的地址
语句t1.next = &t2和t2.next = &t3让t1、t2、t3这三个变量串成了一个链表。t1里面的next存放着t2的地址，t2里面的next存放着t3的地址。
通过t1就能继而访问到t2和t3，比如要打印t1、t2、t3的值：
```
printf("%d  %d  %d",t1.data,t1.next->data,t1.next->next->data);
```
链表最后一个节点t3里面的next的值是NULL，标识着链表尾端。可用于遍历链表：
```
void printList(struct Test *p)
{
      
      
    while(p!=NULL)
    {
      
      
        printf("%d  ",p->data);
        p = p->next;
    }
    printf("\n");
}
```
上面定义了一个函数用于输出整个链表，在主函数里调用这个函数的时候只需把t1的地址当作参数传进去即可：printList(&t1);

把t1的地址传进函数里后，p就指向了t1，t1不为NULL，输出t1存储的值；然后p指向t1的next，也就是t2，t2也不为NULL，因此继续输出t2存储的值；继续使p指向t2的next，也就是t3，t3不为NULL，输出其存储的值后，使p指向t3的next，这时p的值为NULL，循环即结束

在指定节点后面插入新节点

插入节点的时候要注意顺序：

先把新节点接在目标节点后面的那个节点

在这里插入图片描述

再把目标节点接向新节点

在这里插入图片描述

下面的代码演示了在链表t1->t2->t3中，根据存储的值找到t2节点，并在t2后面插入一个节点，使链表变成t1->t2->tNew->t3：

#include <stdio.h>
struct Test
{
    
    
	int data;
	struct Test * next;
};

void insertNode(struct Test *p, int value, struct Test * new)
{
    
    
	while(p!=NULL)
	{
    
    
		if(p->data == value)
		{
    
    
			new->next = p->next;
			p->next = new;
			return;
		}
		p = p->next;
	}
	return;
}

void printList(struct Test *p)
{
    
    
	while(p!=NULL)
	{
    
    
		printf("%d  ",p->data);
		p = p->next;
	}
	putchar('\n');
}

int main(void)
{
    
    
	struct Test t1 = {
    
    11,NULL};
	struct Test t2 = {
    
    22,NULL};
	struct Test t3 = {
    
    33,NULL};
	t1.next = &t2;
	t2.next = &t3;
	printList(&t1);//输出结果：11  22  33
	struct Test tNew = {
    
    123,NULL};
	insertNode(&t1,22,&tNew);
	printList(&t1);//输出结果：11  22  123  33
	return 0;
}

在指定节点前面插入新节点

要考虑两种情况：

指定节点就是头结点。此时可以直接把新节点连到头结点即可
指定节点不是头结点。

下面代码演示了两种情况：

在链表t1->t2->t3中，把tNew1节点插在t1节点前面
在链表tNew1->t1->t2->t3中，把tNew2节点插在t3节点前面

#include <stdio.h>
struct Test
{
    
    
	int data;
	struct Test * next;
};
void printList(struct Test * p)
{
    
    
	while(p != NULL)
	{
    
    
		printf("%d  ",p->data);
		p = p->next;
	}
	printf("\n");
}
struct Test * insertNode(struct Test * p, int data, struct Test * new)
{
    
    
	struct Test *head = p;
	if(p->data == data)//如果是插在头节点前
	{
    
    
		new->next = p;
		return new;
	}
	while(p->next != NULL)
	{
    
    
		if(p->next->data == data)
		{
    
    
			new->next = p->next;
			p->next = new;
			return head;
		}
		p = p->next;
	}
	return head;
}
int main(void)
{
    
    
	struct Test t1 = {
    
    11,NULL};
	struct Test t2 = {
    
    22,NULL};
	struct Test t3 = {
    
    33,NULL};
	t1.next = &t2;
	t2.next = &t3;
	struct Test * head = &t1;
	printList(head);//输出结果：11  22  33
	struct Test tNew1 = {
    
    101,NULL};
	head = insertNode(head, 11, &tNew1);
	printList(head);//输出结果：101  11  22  33
	struct Test tNew2 = {
    
    123,NULL};
	head = insertNode(head ,33, &tNew2);
	printList(head);//输出结果：101  11  22  123  33
	return 0;
}

删除一个节点

下面代码演示了在链表t1->t2->t3中，删除t3节点

#include <stdio.h>
struct Test
{
    
    
	int data;
	struct Test * next;
};
void printList(struct Test *p)
{
    
    
	while(p != NULL)
	{
    
    
		printf("%d  ",p->data);
		p = p->next;
	}
	printf("\n");
}
struct Test * deleteNode(struct Test *p, int value)
{
    
    
	struct Test * head = p;
	if(p->data == value)
	{
    
    
		p = p->next;
		//free(head);//error
		return p;
	}
	while(p->next != NULL)
	{
    
    
		if(p->next->data == value)
		{
    
    
			p->next = p->next->next;
			return head;
		}
		p = p->next;
	}
}
int main(void)
{
    
    
	struct Test t1 = {
    
    11,NULL};
	struct Test t2 = {
    
    22,NULL};
	struct Test t3 = {
    
    33,NULL};
	t1.next = &t2;
	t2.next = &t3;
	struct Test * head = &t1;
	printList(head);//输出结果：11  22  33
	head = deleteNode(head,33);
	printList(head);//输出结果：11  22
	return 0;
}

删除节点后需要用free()释放空间，但是在上面的代码中，t1、t2、t3都属于静态内存，不能用free()释放掉。如果是使用malloc()来创建的节点，则可以使用free()释放掉

头插法

创建链表时，新节点插在链表头

下面代码演示了使用malloc()创建链表，输入0则停止创建链表

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
struct Test
{
    
    
	int data;
	struct Test * next;
};

struct Test * insertFromHead(struct Test *head, struct Test *new)//插在链表头前
{
    
    
	new->next = head;
	return new;
}

struct Test * creatList(struct Test *head)//创建链表
{
    
    
	struct Test * new = NULL;
	while(1)
	{
    
    
		new = (struct Test *)malloc(sizeof(struct Test));
		printf("input the data:");
		scanf("%d",&(new->data));
		if(new->data == 0)//输入0则停止创建链表
		{
    
    
			printf("Creation End\n");
			free(new);
			return head;
		}
		head = insertFromHead(head, new);
	}
	return head;
}

void printList(struct Test * head)
{
    
    
	while(head != NULL)
	{
    
    
		printf("%d  ",head->data);
		head = head->next;
	}
	printf("\n");
}

int main(void)
{
    
    
	struct Test * head = NULL;
	head = creatList(head);
	printList(head);
	struct Test tNew = {
    
    123,NULL};
	head = insertFromHead(head,&tNew);
	printList(head);
	return 0;
}

insertFromHead()用于把节点插在链表头，creatList()用于创建链表。把两个功能分开是因为可以直接使用insertFromHead()插入其它节点

尾插法

创建链表时，新节点插在链表尾

下面代码演示了使用尾插法来创建一个链表，输入0的时候则停止创建

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
struct Test
{
    
    
	int data;
	struct Test * next;
};
void printList(struct Test *head)
{
    
    
	while(head != NULL)
	{
    
    
		printf("%d  ",head->data);
		head = head->next;
	}
	printf("\n");
}
struct Test * insertFromTail(struct Test * head, struct Test * new)
{
    
    
	if(head == NULL)
		return new;
	struct Test *p = head;
	while(p->next != NULL)
		p = p->next;
	p->next = new;
	return head;
}
struct Test * creatList(struct Test * head)
{
    
    
	struct Test * new = NULL;
	while(1)
	{
    
    
		new = (struct Test *)malloc(sizeof(struct Test));
		printf("please input the data:");
		scanf("%d",&(new->data));
		if(new->data == 0)
		{
    
    
			printf("creation end\n");
			free(new);
			return head;
		}
		head = insertFromTail(head,new);
	}
}
int main(void)
{
    
    
	struct Test * head = NULL;
	head = creatList(head);
	printList(head);
	return 0;
}

insertFromTail()用于把节点插在链表尾，creatList()用于创建链表

insertFromTail(struct Test * head, struct Test * new)有两个参数，第一个是链表的头，第二个是要插进来的新节点。对头结点进行非空判断（if(head == NULL)）这一步不可省略，因为如果传进来的头结点是空的话，在语句while(p->next != NULL)中会出现错误，因为p如果是NULL就不能用p->next这样的写法

一个完整的链表小例子

下面代码演示了由用户自定义链表长度，并输入要存储的数据：

# include <stdio.h>
# include <stdlib.h>
struct Node
{
    
    
	int data; //数据域
	struct Node * pNext; //指针域
};

struct Node * create_list(void)//用于构造链表
{
    
    
	int len;  //用来存放有效节点的个数
	int i;
	int val; //用来临时存放用户输入的结点的值
	
    //构造一个不存放有效数据的头结点
	struct Node * pHead = (struct Node *)malloc(sizeof(struct Node));
	if (pHead==NULL)
	{
    
    
		printf("分配失败, 程序终止!\n");
		exit(-1);
	}
	struct Node * pTail = pHead;
	pTail->pNext = NULL;
    
    //构造链表
	printf("请输入您需要生成的链表节点的个数: len = ");
	scanf("%d", &len);
	for (i=0; i<len; ++i)
	{
    
    
		printf("请输入第%d个节点的值: ", i+1);
		scanf("%d", &val);
		struct Node * pNew = (struct Node *)malloc(sizeof(struct Node));
		if (pNew==NULL)
		{
    
    
			printf("分配失败, 程序终止!\n");
			exit(-1);  //终止程序
		}
		pNew->data = val;
		pTail->pNext = pNew;
		pNew->pNext = NULL;
		pTail = pNew;
	}
	return pHead;
}

void traverse_list(struct Node * pHead)//用于遍历链表
{
    
    
	struct Node * p = pHead->pNext;
	while (p != NULL)
	{
    
    
		printf("%d  ", p->data);
		p = p->pNext;
	}
	printf("\n");
	return;
}

int main(void)
{
    
    
	struct Node * pHead = NULL;
	pHead = create_list();
	traverse_list(pHead);
	return 0;
}

要注意一点的是，在函数traverse_list(struct Node * pHead)中，p = p->pNext不能写成p++，因为链表在内存中不一定是连续存放的，不能确保下一块内存空间是否就是下一个节点的内存空间