C语言深入讲解链表的使用_C/C++

现实生活中的火车就像一个完整的链表，现在我们来深入理解一下链表这个数据结构。

一、链表的概念

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次序实现的。

C语言深入讲解链表的使用

注：

1、从上图中可看出，链式结构在逻辑上是连续的，但是在物理上不一定连续。

2、从现实中的结点一般是通过malloc函数申请的，所以其内存分配是在堆区。

3、从堆上申请的空间，是按照一定的策略来分配的，则一个节点的大小为8个字节。

二、链表的分类

实际中链表的结构非常多样，以下情况组合起来就有8种链表结构：

1. 单向或者双向链表

C语言深入讲解链表的使用

2. 带头或者不带头(是否有自带哨兵位头结点)

C语言深入讲解链表的使用

第二个链表的d1指向了我们的哨兵位头结点。

3. 循环或者非循环链表

C语言深入讲解链表的使用

4. 无头单向非循环链表和带头双向循环链表

C语言深入讲解链表的使用

1. 无头单向非循环链表：结构简单，一般不会单独用来存数据。实际中更多是作为其他数据结构的子结构，如哈希桶、图的邻接表等等。另外这种结构在笔试面试中出现很多。

2. 带头双向循环链表：结构最复杂，一般用在单独存储数据。实际中使用的链表数据结构，都是带头双向循环链表。另外这个结构虽然结构复杂，但是使用代码实现以后会发现结构会带来很多优势，实现反而简单了。

3、链表的实现(代码和注释)

无头+单向+非循环链表增删查改实现

头文件：

#pragma once 
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
//要求存储的数据从0开始，依次存储
//静态的顺序表
//问题：开小了，不够用，开大了，存在浪费。
//struct SeqList
//{
//	int a[N];
//	int size;//记录存储了多少个数据。
//};
typedef int SLDateType;//宏定义我们的 SLDateType是int类型的
//动态的顺序表
typedef struct SeqList
{
	SLDateType* a;
	int size;	//存储数据个数
	int capacity;//存储空间大小
}SL, SeqList;
void SeqListPrint(SeqList* psl);//链表的打印
void SeqListInit(SeqList* psl);//链表的初始化
void SeqListDestroy(SeqList* psl);//链表的销毁
void SeqListCheckCapacity(SeqList* psl);//检查内存空间是否足够
//时间复杂度是o(1)
void SeqListPushBack(SeqList* psl, SLDateType x);//链表的尾插
void SeqListPopBack(SeqList* psl);//链表的尾删
//时间复杂度是o(n)
void SeqListPushFront(SeqList* psl, SLDateType x);//链表的头插
void SeqListPopFront(SeqList* psl);//链表的头删
void SeqListInsert(SeqList* psl, size_t pos, SLDateType x);
// 删除pos位置的数据
void SeqListErase(SeqList* psl, size_t pos);
// 顺序表查找
int SeqListFind(SeqList* psl, SLDateType x);

链表的函数实现部分的代码：

#include"SeqList.h"
#include<assert.h>
void SeqListPrint(SeqList* psl)//结构体指针传参
{
	for (int i = 0; i < psl->size; ++i)
	{
		printf("%d ", psl->a[i]);
	}
	printf("\n");
}
void SeqListInit(SeqList* psl)
{
	assert(psl);//断言psl不为空
	psl->a = NULL;//a就相当于是链表的头
	psl->size = 0;
	psl->capacity = 0;
}
void SeqListDestroy(SeqList* psl)//链表的删除
{
	assert(psl);
	free(psl->a);//free掉链表中a这个节点的位置
	psl->a = NULL;//将a指向空
	psl->capacity = psl->size = 0;//将链表的内存大小置为0
}
void SeqListCheckCapacity(SeqList* psl)//检查链表的内存，如果不够就增容。
{
	assert(psl);
	if (psl->size == psl->capacity)
	{
		//capacity == 0,所以要先特判一下capacity 的值
		size_t newCapacity = psl->capacity == 0 ? 4 : psl->capacity * 2;//初始节点数为4，如果内存现在为0就扩大一倍
		SLDateType* tmp = realloc(psl->a, sizeof(SLDateType) * newCapacity);//申请空间
		if (tmp == NULL)
		{
			printf("realloc fail\n");
			exit(-1);
		}
		else
		{
			psl->a = tmp;
			psl->capacity = newCapacity;//原来的空间变为新空间
		}
	}
}
void SeqListPushBack(SeqList* psl, SLDateType x)
{
	//如果满了，要扩容
	if (psl->size == psl->capacity)
	{
		//capacity == 0,所以要先特判一下capacity 的值
		size_t newCapacity = psl->capacity == 0 ? 4 : psl->capacity * 2;
		SLDateType* tmp = realloc(psl->a, sizeof(SLDateType) * newCapacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			printf("realloc fail\n");
			exit(-1);
		}
		else
		{
			psl->a = tmp;
			psl->capacity = newCapacity;
		}
	}
	psl->a[psl->size] = x;
	psl->size++;
}
void SeqListPopBack(SeqList* psl)
{
	assert(psl);
	if (psl->size > 0)
	{ 
		psl->size--;//尾删就size--就好了
	}
}
void SeqListPushFront(SeqList* psl, SLDateType x)
{
	assert(psl);
	SeqListCheckCapacity(psl);
	int end = psl->size - 1;
	while (end >= 0)//所有的数据往后挪1位
	{
		psl->a[end + 1] = psl->a[end];
		--end;
	}
	psl->a[0] = x;//两种操作是等价的
	psl->size++;
	//SeqListInsert(psl, 0, x);在头部插入。
}
void SeqListPopFront(SeqList* psl)
{
	assert(psl);
	if (psl->size > 0)
	{
		int begin = 1;
		while (psl->size > begin)
		{
			psl->a[begin - 1] = psl->a[begin];
			++begin;
		}
		--psl->size;
	}
}
void SeqListInsert(SeqList* psl, size_t pos, SLDateType x)
{
	// 暴力检查
	assert(psl);
	// 温和检查
	if (pos > psl->size)
	{
		printf("pos 越界：%d\n", pos);
		return;
		//exit(-1);
	}
	// 暴力检查
	//assert(pos <= psl->size);
	SeqListCheckCapacity(psl);
	//int end = psl->size - 1;
	//while (end >= (int)pos)
	//{
	//	psl->a[end + 1] = psl->a[end];
	//	--end;
	//}
	size_t end = psl->size;
	while (end > pos)
	{
		psl->a[end] = psl->a[end - 1];
		--end;
	}
	psl->a[pos] = x;
	psl->size++;
}

4、链表oj题(小试牛刀)

1、leetcode203移除链表元素力扣

C语言深入讲解链表的使用

包含三种情况

画个图分析：

思路：情况一和情况二都可以用prev和cur指针遍历数组的两个元素， if cur指针不等于6，prev指针和cur指针都往前走，如果cur = 6，prev跳到cur的下一个位置

如果是第三种情况，则需先找到head != val的位置，再重复进行如上操作。

代码示例：

struct ListNode* removeElements(struct ListNode* head, int val)
{
  struct ListNode* prev = NULL;
  struct ListNode* cur = head;
  while(cur)
  {
      if(cur->val != val)//当cur这个位置的值不等于val时往下走
      {
          prev = cur;//prev跳到cur位置
           cur = cur->next;//cur指针继续往下走
      }
      else
      {
          struct ListNode* next = cur->next;//定义一个新的指针
          if(prev == NULL)//头删，head为空的状态
          {
              free(cur);
              head = next;//继续往后面走
              cur = next;
          }
          else
          {
              free(cur);//free掉cur这个节点
              prev->next = next;//跳过了cur这个点
              cur = next;//cur继续往后走
          }
      }
  }
  return head;
}

2、leetcode206反转链表力扣

C语言深入讲解链表的使用

思路1：反转指针方向

思路二：用三个指针， n1, n2, n3 分别存放NULL, head, head->next;

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代码示例：

struct ListNode* reverseList(struct ListNode* head)
{
  if(head == NULL) return NULL;
  struct ListNode* n1, *n2, *n3;
  n1 = NULL;
  n2 = head;
  n3 = n2->next;//n3的地址是n2的下一位
  while(n2)
  {
      n2->next = n1;//n2 的下一位指向 n1;起到掉头的作用
      n1 = n2;
      n2 = n3;
      if(n3)
      n3 = n3->next;
  }
  return n1;
}

方法2：头插法

殊途同归。newhead 相当于之前的n1, cur = n2, next = n3;
struct ListNode* reverseList(struct ListNode* head)
{
  struct ListNode* NewHead = NULL;
  struct ListNode* cur = head;
  while(cur)
  {
      struct ListNode* next = cur->next;
      //头插
      cur->next = NewHead;//代表链表的指向方向。
      NewHead = cur;//接着把地址传过来(更新)
      cur = next;//（更新）
  }
  return NewHead;
}

3、leetcode 876链表的中间结点力扣

思路：快慢指针法

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struct ListNode* middleNode(struct ListNode* head)
{
  struct ListNode* slow, * fast;
  slow = fast = head;//刚开始slow和fast指针都指向头
  while(fast && fast->next) //想的是结束的条件，写的是继续的条件
  {
      slow = slow->next;
      fast = fast->next->next;//fast 每次走两步
  }
  return slow;
}