[數據結構]C語言鏈表實現

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目錄

  靜態單鏈表實現
  動態單鏈表實現
  雙向鏈表實現
  循環單鏈表

我學數據結構的時候也是感覺很困難，當我學完後我發現了之所以困難時因爲我沒有系統的進行學習，而且很多教授都只是注重數據結構思想，而忽略了代碼方面，爲此我寫了這些博文給那些試圖自學數據結構的朋友，希望你們少走彎路

我嘗試用最簡單的語言與代碼來描述鏈表，事實上它本身也很簡單

靜態單鏈表實現

下面一部分的討論都將圍繞上面這幅圖片展開，既然是逐步實現，我不考慮在開頭就讓這個單鏈表完美實現，它將只有兩個部分：鏈表的創建&遍歷鏈表輸出

首先我們要知道一些簡單的概念，一個鏈表是由節點構成，而每個節點又是又一個數據域和一個指向下一個節點的指針構成，因此我們可以很容易寫出下面的結構

struct node//節點
{
    int data;//數據域，這裏我們選擇存儲int型
    struct node *next;//指針域，指向下一個節點，因此被定義爲struct *NODE
};

然後再認真觀察一下上面的圖會發現似乎還有一個頭指針沒有用（head pointer），頭指針的作用就是在浩瀚的內存中指向這個鏈表的第一個節點，然後我們由第一個節點（通常稱之爲頭結點）的next指針指向下面一個，因此很容易就能想到，只要有了頭指針我們就能很容易的對鏈表進行各項操作。

於是我們可以繼續寫代碼了：

int main(){
    //創建上圖的鏈表
    node *head;//一個頭指針。用來指向這個鏈表的第一個節點
    node *f=new node;//對應上圖第一個節點first node，這種奇葩命名法不是我要讓你們學會的，另我使用了new而不是malloc主要是因爲惰性
    node *s=new node;//對應上圖第二個節點second node
    node *t=new node;//對應上圖第三個節點third node
    f->data=8;//第一個node的值
    f->next=s;//第一個節點next指針指向第二個節點
    s->data=7;//第二個node的值
    s->next=t;//第二個節點next指針指向第三個節點
    t->data=9;//第三個節點值
    t->next=NULL;//從上圖得知第三個節點後沒有節點了，所以指向NULL，通常稱這個節點爲尾節點
    head=f;//頭指針指向第一個節點，至於爲什麼前面已經說了//打印這個鏈表裏面儲存的元素
    std::cout<<"鏈表數據:"<<"\n";
   node *print_ptr=head;//爲什麼這裏要new一個print_ptr？因爲我們可能還要利用head進行其他操作，如果直接用head進行下面的操作，就意味着head指向的位置已經改變了
   while(print_ptr!=NULL){
           std::cout<<print_ptr->data<<"\n";//通過頭結點迭代打印每個節點的值
           print_ptr=print_ptr->next;//更新，讓當前指針指向下一個節點
   }
   //輸出節點的個數，雖然我們已經知道了是3個
   node *length_ptr=head;//同上面的
   print_ptrint k=0;
   while(length_ptr!=NULL){
           k++;length_ptr=length_ptr->next;
   }
   std::cout<<"鏈表節點個數:"<<"\n"<<k<<"\n";//插入一個節點，這裏我選擇在第一個節點與第二個節點之間插入一個新節點ins_node
   node *ins_node=new node;//爲即將插入的節點從堆上分配點內存
   ins_node->data=14;//賦值
   ins_node->next=s;//讓新節點的next指向第二個節點
   f->next=ins_node;//然後讓第一個節點的next指向新節點，這就完成了插入//刪除之前插入的節點
   ins_node=f->next;//讓第一個節點next指向新插入的節點，這裏你可能會感到疑惑，我建議你畫圖或者再看看上面的圖就能理解,當然你也可以看下面
  f->next=ins_node->next;//第一個節點的next指向新節點的next,因爲新節點的next相當於指向了第二個節點，所以這裏也等價於第一個節點指向第二個節點f->next=f-next->next
   system("pause");
}

上面就完成了使用尾插法創建的一個鏈表及其簡單操作包括創建/輸出/插入/刪除，不過如你所見它也存在許多不足，比如命名的拙計，new後沒有delete，以及全部在main中執行沒有考慮使用函數等等缺陷，不過這沒關係，因爲我們會一步步修改最終讓他成爲一個不錯的鏈表

可能你關於上面插入與刪除你沒有搞清楚，這裏我再特意講一下

上圖我們需要把儲存14這個數據的node插入到一和二之間，於是我們就需要更改next指針，所以之前f->next=s；就不能用了，


你可能會想到讓第一個指向新節點，然後再讓新節點指向第三個，如：

f->next=ins_node;
ins_node->next=f->next;

事實通常證明第一感覺是錯誤的，仔細看看上面代碼你就會發現加入f->next=ins_node，那麼第二條就相當於ins_node->next=ins_node;它指向了自己！所以我們需要反過來思考，先讓新節點指向第二個，然後再讓第一個指向新節點，就如上面的代碼了，至於刪除我沒有弄出圖片，我只是簡單講一下，刪除是直接讓第一個節點的next指向需要刪除的節點，然後再讓第一個節點的next指向需要刪除的節點的next，你可能會思考爲什麼不直接讓第一個節點next指向第二個呢？這個疑問你可以自己解答比較好

動態單鏈表實現

到這裏一個簡單的鏈表就已經實現了，但是我們還需要繼續改進，因爲我們有時候不知道每個節點儲存的數據，所以我們就需要一個動態鏈表了，下面這個將實現把用戶輸入的數據以鏈式結構儲存，也就是動態鏈表

#include <iostream>

struct node
{
    int data;
    struct node *next;
};


node *create_linklist();
void print_linklist(node *head);

node *create_linklist(){
    node *head=new node;
    node *new_node,*current;//一個新節點作爲當前節點
    current=head;//頭結點複製給當前節點
    int k;
    printf("輸入節點個數:");
    scanf("%d",&k);
    for (int i = 0; i < k; ++i)
    {
        new_node=new node;
        if(i==0)//這裏也就是創建第一個節點的情況
        {
            head=new_node;//把頭指針指向第一個節點
        }
        printf("輸入節點數據：");
        scanf("%d",&new_node->data);
        current->next=new_node;//注意這裏由於創建了一個新節點，而當前節點還是開始的head的那個位置，所以就需要更新一下，讓當前節點next等於new_node的位置
        new_node->next=NULL;//當前節點的next=NULL表示當前節點就是最後一個節點了
        current=new_node;//然後把new_node節點複製給當前節點，以便繼續後面的節點添加
    }
    return head;
}

void print_linklist(node *head)//參數傳入一個頭指針用來指向第一個節點
{
    node *phead=head;
    while(phead!=NULL)
    {
        printf("%d", phead->data);
        phead=phead->next;
    }
}

int main(){
    node *h=create_linklist();
    print_linklist(h);
    system("pause");
}

雙向鏈表實現

再想想上面圖片，下面要介紹的就是雙向鏈表，雙向鏈表與單項鍊表的區別就在於它有一個指向前一個節點的指針，於是我們就應該定義這樣的結構體

typedef struct NODE
{
    int data;
    struct NODE *next;
    struct NODE *pre;
}node;

由於雙向鏈表不可避免有些操作需要從後向前遍歷，於是我們就應該添加一個概念，尾指針，也就是指向尾節點的指針，如下就實現了一個雙向鏈表，它有三個節點abc，並有兩種輸出方式

#include <iostream>

typedef struct NODE
{
    int data;
    struct NODE *next;
    struct NODE *pre;
}node;

int main(){
    node *a=new node,*b=new node,*c=new node;
    node *head=a;
    node *tail=c;
    a->data=9;
    a->next=b;
    a->pre=NULL;

    b->data=17;
    b->next=c;
    b->pre=a;

    c->data=6;
    c->next=NULL;
    c->pre=b;
    //輸出
    /*node *print_head=head;
    while(print_head!=NULL){
        std::cout<<print_head->data<<"\n";
        print_head=print_head->next;
    }*/
    /*node *print_head=tail;
    while(print_head!=NULL){
        std::cout<<print_head->data<<"\n";
        print_head=print_head->pre;
    }*/
    system("pause");
}

雙向鏈表的難點不是創建輸出而是插入與刪除，我沒有製作圖片，所以這需要讀者認真去思考一下，建議畫圖，也很容易理解，下面代碼是在上面創建了abc的基礎上實現的在ab間插入一個k，然後再刪除它

//插入
node *k=new node;
k->data=698;
k->pre=a;
k->next=a->next;
k->next->pre=a;
a->next=k;
//刪除
k->pre->next=k->next;
k->next->pre=k->pre;

循環單鏈表

循環鏈表我不考慮講，因爲它就是把尾巴節點指向了頭節點從而形成一個環，所以說循環鏈表不叫loop linked list而叫circular linked list

作者：racaljk