单链表的基本操作
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2023-03-14
《
什么是单链表》一节我们学习了如何使用
链表存储数据元素,以及如何使用 C 语言创建链表。
本节将详细介绍对链表的一些基本操作,包括对链表中数据的添加、删除、查找(遍历)和更改。
注意,以下对链表的操作实现均建立在已创建好链表的基础上,创建链表的代码如下所示:
虽然新元素的插入位置不固定,但是链表插入元素的思想是固定的,只需做以下两步操作,即可将新元素插入到指定的位置:
例如,我们在链表
图 1 链表中插入元素的 3 种情况示意图
从图中可以看出,虽然新元素的插入位置不同,但实现插入操作的方法是一致的,都是先执行步骤 1 ,再执行步骤 2。
其中,从链表上摘除某节点的实现非常简单,只需找到该节点的直接前驱节点 temp,执行一行程序:
图 2 链表删除元素示意图
因此,链表删除元素的 C 语言实现如下所示:
因此,链表中查找特定数据元素的 C 语言实现代码为:
直接给出链表中更新数据元素的 C 语言实现代码:
注意,以下对链表的操作实现均建立在已创建好链表的基础上,创建链表的代码如下所示:
//声明节点结构 typedef struct Link{ int elem;//存储整形元素 struct Link *next;//指向直接后继元素的指针 }link; //创建链表的函数 link * initLink(){ link * p=(link*)malloc(sizeof(link));//创建一个头结点 link * temp=p;//声明一个指针指向头结点,用于遍历链表 //生成链表 for (int i=1; i<5; i++) { //创建节点并初始化 link *a=(link*)malloc(sizeof(link)); a->elem=i; a->next=NULL; //建立新节点与直接前驱节点的逻辑关系 temp->next=a; temp=temp->next; } return p; }从实现代码中可以看到,该链表是一个具有头节点的链表。由于头节点本身不用于存储数据,因此在实现对链表中数据的"增删查改"时要引起注意。
链表插入元素
同 顺序表一样,向链表中增添元素,根据添加位置不同,可分为以下 3 种情况:- 插入到链表的头部(头节点之后),作为首元节点;
- 插入到链表中间的某个位置;
- 插入到链表的最末端,作为链表中最后一个数据元素;
虽然新元素的插入位置不固定,但是链表插入元素的思想是固定的,只需做以下两步操作,即可将新元素插入到指定的位置:
- 将新结点的 next 指针指向插入位置后的结点;
- 将插入位置前结点的 next 指针指向插入结点;
例如,我们在链表
{1,2,3,4}
的基础上分别实现在头部、中间部位、尾部插入新元素 5,其实现过程如图 1 所示:
图 1 链表中插入元素的 3 种情况示意图
从图中可以看出,虽然新元素的插入位置不同,但实现插入操作的方法是一致的,都是先执行步骤 1 ,再执行步骤 2。
注意:链表插入元素的操作必须是先步骤 1,再步骤 2;反之,若先执行步骤 2,除非再添加一个指针,作为插入位置后续链表的头指针,否则会导致插入位置后的这部分链表丢失,无法再实现步骤 1。
通过以上的讲解,我们可以尝试编写 C 语言代码来实现链表插入元素的操作://p为原链表,elem表示新数据元素,add表示新元素要插入的位置 link * insertElem(link * p, int elem, int add) { link * temp = p;//创建临时结点temp //首先找到要插入位置的上一个结点 for (int i = 1; i < add; i++) { temp = temp->next; if (temp == NULL) { printf("插入位置无效\n"); return p; } } //创建插入结点c link * c = (link*)malloc(sizeof(link)); c->elem = elem; //向链表中插入结点 c->next = temp->next; temp->next = c; return p; }
链表删除元素
从链表中删除指定数据元素时,实则就是将存有该数据元素的节点从链表中摘除,但作为一名合格的程序员,要对存储空间负责,对不再利用的存储空间要及时释放。因此,从链表中删除数据元素需要进行以下 2 步操作:- 将结点从链表中摘下来;
- 手动释放掉结点,回收被结点占用的存储空间;
其中,从链表上摘除某节点的实现非常简单,只需找到该节点的直接前驱节点 temp,执行一行程序:
temp->next=temp->next->next;
例如,从存有{1,2,3,4}
的链表中删除元素 3,则此代码的执行效果如图 2 所示:
图 2 链表删除元素示意图
因此,链表删除元素的 C 语言实现如下所示:
//p为原链表,add为要删除元素的值 link * delElem(link * p, int add) { link * temp = p; //遍历到被删除结点的上一个结点 for (int i = 1; i < add; i++) { temp = temp->next; if (temp->next == NULL) { printf("没有该结点\n"); return p; } } link * del = temp->next;//单独设置一个指针指向被删除结点,以防丢失 temp->next = temp->next->next;//删除某个结点的方法就是更改前一个结点的指针域 free(del);//手动释放该结点,防止内存泄漏 return p; }我们可以看到,从链表上摘下的节点 del 最终通过 free 函数进行了手动释放。
链表查找元素
在链表中查找指定数据元素,最常用的方法是:从表头依次遍历表中节点,用被查找元素与各节点数据域中存储的数据元素进行比对,直至比对成功或遍历至链表最末端的NULL
(比对失败的标志)。
因此,链表中查找特定数据元素的 C 语言实现代码为:
//p为原链表,elem表示被查找元素、 int selectElem(link * p,int elem){ //新建一个指针t,初始化为头指针 p link * t=p; int i=1; //由于头节点的存在,因此while中的判断为t->next while (t->next) { t=t->next; if (t->elem==elem) { return i; } i++; } //程序执行至此处,表示查找失败 return -1; }注意,遍历有头节点的链表时,需避免头节点对测试数据的影响,因此在遍历链表时,建立使用上面代码中的遍历方法,直接越过头节点对链表进行有效遍历。
链表更新元素
更新链表中的元素,只需通过遍历找到存储此元素的节点,对节点中的数据域做更改操作即可。直接给出链表中更新数据元素的 C 语言实现代码:
//更新函数,其中,add 表示更改结点在链表中的位置,newElem 为新的数据域的值 link *amendElem(link * p,int add,int newElem){ link * temp=p; temp=temp->next;//在遍历之前,temp指向首元结点 //遍历到待更新结点 for (int i=1; i<add; i++) { temp=temp->next; } temp->elem=newElem; return p; }
总结
以上内容详细介绍了对链表中数据元素做"增删查改"的实现过程及 C 语言代码,在此给出本节的完整可运行代码:#include <stdio.h> #include <stdlib.h> typedef struct Link { int elem; struct Link *next; }link; link * initLink(); //链表插入的函数,p是链表,elem是插入的结点的数据域,add是插入的位置 link * insertElem(link * p, int elem, int add); //删除结点的函数,p代表操作链表,add代表删除节点的位置 link * delElem(link * p, int add); //查找结点的函数,elem为目标结点的数据域的值 int selectElem(link * p, int elem); //更新结点的函数,newElem为新的数据域的值 link *amendElem(link * p, int add, int newElem); void display(link *p); int main() { //初始化链表(1,2,3,4) printf("初始化链表为:\n"); link *p = initLink(); display(p); printf("在第4的位置插入元素5:\n"); p = insertElem(p, 5, 4); display(p); printf("删除元素3:\n"); p = delElem(p, 3); display(p); printf("查找元素2的位置为:\n"); int address = selectElem(p, 2); if (address == -1) { printf("没有该元素"); } else { printf("元素2的位置为:%d\n", address); } printf("更改第3的位置上的数据为7:\n"); p = amendElem(p, 3, 7); display(p); return 0; } link * initLink() { link * p = (link*)malloc(sizeof(link));//创建一个头结点 link * temp = p;//声明一个指针指向头结点,用于遍历链表 //生成链表 for (int i = 1; i < 5; i++) { link *a = (link*)malloc(sizeof(link)); a->elem = i; a->next = NULL; temp->next = a; temp = temp->next; } return p; } link * insertElem(link * p, int elem, int add) { link * temp = p;//创建临时结点temp //首先找到要插入位置的上一个结点 for (int i = 1; i < add; i++) { temp = temp->next; if (temp == NULL) { printf("插入位置无效\n"); return p; } } //创建插入结点c link * c = (link*)malloc(sizeof(link)); c->elem = elem; //向链表中插入结点 c->next = temp->next; temp->next = c; return p; } link * delElem(link * p, int add) { link * temp = p; //遍历到被删除结点的上一个结点 for (int i = 1; i < add; i++) { temp = temp->next; if (temp->next == NULL) { printf("没有该结点\n"); return p; } } link * del = temp->next;//单独设置一个指针指向被删除结点,以防丢失 temp->next = temp->next->next;//删除某个结点的方法就是更改前一个结点的指针域 free(del);//手动释放该结点,防止内存泄漏 return p; } int selectElem(link * p, int elem) { link * t = p; int i = 1; while (t->next) { t = t->next; if (t->elem == elem) { return i; } i++; } return -1; } link *amendElem(link * p, int add, int newElem) { link * temp = p; temp = temp->next;//tamp指向首元结点 //temp指向被删除结点 for (int i = 1; i < add; i++) { temp = temp->next; } temp->elem = newElem; return p; } void display(link *p) { link* temp = p;//将temp指针重新指向头结点 //只要temp指针指向的结点的next不是Null,就执行输出语句。 while (temp->next) { temp = temp->next; printf("%d ", temp->elem); } printf("\n"); }代码运行结果:
初始化链表为:
1 2 3 4
在第4的位置插入元素5:
1 2 3 5 4
删除元素3:
1 2 5 4
查找元素2的位置为:
元素2的位置为:2
更改第3的位置上的数据为7:
1 2 7 4