【数据结构】链表的大概认识及单链表的实现

目录

一、链表的概念及结构

二、链表的分类

三、单链表的实现

建立链表的节点：

尾插——尾删： 

头插——头删：

查找：

指定位置之后删除——插入：

指定位置之前插入——删除指定位置：

销毁链表：

打印：

四、链表面试题

五、总体代码

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一、链表的概念及结构

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 。

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

2. 带头或者不带头

3. 循环或者非循环

虽然有这么多的链表的结构，但是我们实际中最常用还是两种结构：

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 中可能出现比较多。

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。

三、单链表的实现

建立链表的节点：

链表中的节点结构体大概有这些内容：节点数据，下一个节点的地址

typedef int SLTDateType;
typedef struct SListNode
{SLTDateType data;struct SListNode* next;
}SListNode;

尾插——尾删： 

不管是尾插还头插还是任意位置插入，我们都需要先创建一个新节点。

尾插和尾删都需要注意一些点：

用二级指针接收：

因为我们这个是无头的链表，在链表没有一个节点的时候，我们需要创建一个节点。然后将链表的头指向这个新节点，这个时候就涉及到需要修改一级结构体的一级指针。一级指针类型的变量需要修改的话，就要用到二级指针。

尾插：是否链表一个数据都没有，这个时候我们要特殊处理一下，检查链表有效性

尾删：是否链表只有一个数据 ，检查是否有数据可以删除，检查链表有效性

// 动态申请一个节点
SListNode* BuySListNode(SLTDateType x)
{SListNode* newnode = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");}newnode->data = x;newnode->next = NULL;return newnode;
}
// 单链表尾插
void SListPushBack(SListNode** pplist, SLTDateType x)
{assert(pplist);SListNode* newnode = BuySListNode(x);if (*pplist == NULL){*pplist = newnode;return;}//找尾巴SListNode* tail = *pplist;while (tail->next != NULL)tail = tail->next;tail->next = newnode;
}
// 单链表的尾删
void SListPopBack(SListNode** pplist)
{assert(pplist);assert(*pplist);//有数据才能删，没有数据不删，至少有一个及其以上节点if ((*pplist)->next == NULL){free(*pplist);*pplist = NULL;}else{//找尾巴SListNode* prev = NULL;SListNode* tail = *pplist;while (tail->next != NULL){prev = tail;tail = tail->next;}free(tail);prev->next = NULL;}
}

头插——头删：

 头插和头删在链表中还是比较简单，一个是把头节点保存起来，另一个是头节点的下一个节点保存起来，然后进行删除就行了。

头插：注意需要检查链表有效性

头删：注意这里需要检查数据个数，有数据才能删除；

// 单链表的头插
void SListPushFront(SListNode** pplist, SLTDateType x)
{assert(pplist);SListNode* newnode = BuySListNode(x);newnode->next = *pplist;*pplist = newnode;
}
// 单链表头删
void SListPopFront(SListNode** pplist)
{assert(pplist);assert(*pplist);SListNode* next = (*pplist)->next;free(*pplist);*pplist = next;
}

查找：

通过简单遍历就行了，注意返回的是节点的指针；

我们在外面定义的是一个链表节点的指针，打印的时候按照传值的方式传递变量，他会把变量的内容（链表中首节点的地址）拷贝过来，最终返回的也是链表节点的地址

// 单链表查找
SListNode* SListFind(SListNode* plist, SLTDateType x)
{assert(plist);SListNode* cur = plist;while (cur){if (cur->data == x)return cur;cur = cur->next;}return NULL;
}

指定位置之后删除——插入：

注意：写这两个接口，我们首先就要想到的是检查 指定位置的有效性 还有检查 链表有效性。

代码还是很简单的，这里的删除要检查是不是最后一个节点；

// 单链表在pos位置之后插入x
void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLTDateType x)
{assert(pos);SListNode* newnode = BuySListNode(x);newnode->next = pos->next;pos->next = newnode;
}
// 单链表删除pos位置之后的值void SListEraseAfter(SListNode* pos)
{assert(pos);assert(pos->next);//检查是不是最后一个SListNode* next = pos->next;pos->next = next->next;free(next);
}

指定位置之前插入——删除指定位置：

这两个接口：我们需要像尾插那个样子 遍历找到指定位置前的位置：然后进行插入，删除，同时也要注意检查链表有效性，

注意： 如果链表只有一个位置或者指定位置为第一个节点，那删除就变成了头删，可以复用原来的头删接口。尾删则没有必要，我们已经遍历一遍找到尾了，不需要调用尾删接口再遍历一遍了，直接像尾删一样删除就行了。

// 在pos的前面插入
void SLTInsert(SListNode** pphead, SListNode* pos, SLTDateType x)
{assert(pphead);assert((!pos&&!(*pphead))||(pos&&(*pphead)))//这里我们让他都为空（头插）或者都不为空//我们想暴露出一个问题，不允许乱位置插入  限定pos一定是有效节点if (pos == *pphead){SListPushFront(pphead, x);return;}SListNode* prev = *pphead;while (prev->next!=pos){prev = prev->next;}SListNode* newnode = BuySListNode(x);newnode->next = pos;prev->next = newnode;
}
// 删除pos位置
void SLTErase(SListNode** pphead, SListNode* pos)
{assert(pphead);assert(*pphead);assert(pos);//这里进行检查pos，必须有这个节点才能删除if (pos == *pphead){SListPopFront(pphead);return;}SListNode* prev = *pphead;while (prev->next != pos){prev = prev->next;}prev->next = pos->next;free(pos);pos = NULL;
}

销毁链表：

这个按照遍历的同时free就行了。

注意：遍历完了，全部空间释放了把链表置空

void SLTDestroy(SListNode** pphead)
{assert(pphead);assert(*pphead);SListNode* cur = *pphead;while (cur){SListNode* next = cur->next;free(cur);cur = next;}*pphead = NULL;
}

打印：

为了好测试写的接口是否正确，我们还是写一个打印接口，方便我们观察：同样的，循环遍历打印就行了；这里不需要检查链表是否为空，空链表也可以打印

// 单链表打印
void SListPrint(SListNode* plist)
{SListNode* cur = plist;while (cur){printf("%d-> ", cur->data);cur = cur->next;}printf("\n");
}

四、链表面试题

1. 删除链表中等于给定值 val 的所有结点。  203. 移除链表元素 - 力扣（LeetCode）

这个题我们找到与 给定值相等的节点和他的前一个节点就可以进行删除了，但是我们要处理两种情况：

1：链表为空

2：需要删除头（需要循环删除，因为有可能连续好几个都需要删）

参考代码： 

struct ListNode* removeElements(struct ListNode* head, int val) {//处理链表为空if(!head) return NULL;//处理链表第一个就是该删的元素if(head->val==val){while(head&&head->val==val){struct ListNode* next=head->next;free(head);head=next;}}struct ListNode* cur=head;struct ListNode* prev=NULL;while(cur){if(cur->val==val){prev->next=cur->next;free(cur);cur=prev->next;}else{prev=cur;cur=cur->next;}}return head;
}

2. 反转一个单链表。  206. 反转链表 - 力扣（LeetCode）

 这个题，就是一个简单头插就行了

当然我们也可以用三个指针将链表的指向反转（注意检查链表是否为空），这里我们用两种方法实现，两种方法任选其一都能通过，

struct ListNode* reverseList(struct ListNode* head) {//头插处理// struct ListNode* newhead=NULL;// while(head)// {//     struct ListNode* next=head->next;//     head->next=newhead;//     newhead=head;//     head=next;// }// return newhead;//直接反转if(!head)return head;struct ListNode* n1=NULL,*n2=head,*n3=head->next;while(n2){n2->next=n1;n1=n2;n2=n3;if(n3)n3=n3->next;        }return n1;
}

3. 给定一个带有头结点 head 的非空单链表，返回链表的中间结点。如果有两个中间结点，则返回第二个中间结点。 876. 链表的中间结点 - 力扣（LeetCode）

这个题是一个标准的 快慢指针

值得注意的是：我们判断条件是快指针为NULL或者快指针的下一个节点为NULL，他们在循环中判断的先后为先判断自己再判断下一个，因为先判断下一个的话，有可能出现野指针问题。 

struct ListNode* middleNode(struct ListNode* head) {//快慢指针法struct ListNode* fast=head;struct ListNode* slow=head;while(fast&&fast->next){fast=fast->next->next;slow=slow->next;}return slow;
}

 4. 输入一个链表，输出该链表中倒数第k个结点。 面试题 02.02. 返回倒数第 k 个节点 - 力扣（LeetCode）

这个题也是一个经典的双指针，可以让快指针先走k次，然后快慢指针同时走，每次走一下：

int kthToLast(struct ListNode* head, int k){struct ListNode* fast=head;struct ListNode* slow=head;while(k--)fast=fast->next;while(fast){fast=fast->next;slow=slow->next;}return slow->val;
}

5. 将两个有序链表合并为一个新的有序链表并返回。新链表是通过拼接给定的两个链表的所有结点组成的。 21. 合并两个有序链表 - 力扣（LeetCode）

 这个题就要用到并归和尾插了，选择小的尾插到新链表里面，这个尾插是移动他的链表节点到我们新的链表里面。

需要注意的是：1.需要处理空链表情况，一个为空或者两个为空

                         2.处理头节点

 

struct ListNode* mergeTwoLists(struct ListNode* list1, struct ListNode* list2) {//处理为空的情况  if(!list1)return list2;if(!list2)return list1;struct ListNode* head=NULL;struct ListNode* tail=NULL;while(list1&&list2){if(list1->val<list2->val){struct ListNode* next=list1->next;if(head==NULL)//处理头节点head=tail=list1;else{tail->next=list1;tail=tail->next;tail->next=NULL;//这个可以不处理，后面剩余节点的尾巴也一定是NULL}list1=next;}else{struct ListNode*next=list2->next;if(head==NULL)//处理头节点head=tail=list2;else{tail->next=list2;tail=tail->next;tail->next=NULL;}list2=next;}}if(list1==NULL)//处理剩余未插入的节点tail->next=list2;elsetail->next=list1;return head;
}

6. 编写代码，以给定值 x 为基准将链表分割成两部分，所有小于 x 的结点排在大于或等于 x 的结

点之前 。 链表分割_牛客题霸_牛客网 (nowcoder.com)

这个题呢，我们用把链表分成两条，小于给定值的在一条，大于给定值的在一条，然后在连接起来就行了。

注意：这里我们要用到 带头的单链表，无头的单链表会有很多问题要处理。我们还需要将链表移动后 置空，不然后面连接起来可能会出现很多问题

class Partition {public:ListNode* partition(ListNode* pHead, int x) {ListNode* head1, *tail1, *head2, *tail2;head1 = tail1 = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));//第一条链表head2 = tail2 = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));//第二条链表tail1->next = tail2->next = NULL;while (pHead) {if (pHead->val < x) {ListNode* next = pHead->next;tail1->next = pHead;tail1 = tail1->next;tail1->next = NULL;pHead = next;} else {ListNode* next = pHead->next;tail2->next = pHead;tail2 = tail2->next;tail2->next = NULL;pHead = next;}}tail1->next=head2->next;ListNode* re=head1->next;free(head2);free(head1);return re;}
};

7. 链表的回文结构。OJ链接

这个题，我们需要找到中间节点（先遍历找出节点个数即可找到），然后翻转一半节点到创建的另一个链表当中，然后进行比对即可得到是否为回文结构；

class PalindromeList {
public:bool chkPalindrome(ListNode* A) {if(!A) return true;int count=0;ListNode* cur=A;while(cur){cur=cur->next;count++;}count=(count+1)/2;int i=count;ListNode*head=NULL;while(i--){ListNode*next=A->next;A->next=head;head=A;A=next;}while(head&&A){if(head->val!=A->val)return false;head=head->next;A=A->next;}return true;}
};

8. 输入两个链表，找出它们的第一个公共结点。 160. 相交链表 - 力扣（LeetCode）

这个题我们可以首先想到暴力解法：先在定一条链表中的某个节点，然后再另一个链表中找该节点，如果找到了有返回该节点，不过这样的解法时间复杂度太高了

第二种方法是我们先遍历各自链表，找出其中个数，先让长的那一条链表先走他们的节点个数差，然后两条链表同时遍历，找出相交节点；

struct ListNode *getIntersectionNode(struct ListNode *headA, struct ListNode *headB) {int cnt1=0,cnt2=0;struct ListNode* cur1=headA;while(cur1){cur1=cur1->next;cnt1++;}struct ListNode* cur2=headB;while(cur2){cur2=cur2->next;cnt2++;}if(cur2!=cur1)//如果链表到最后都不相等，说明不相交，没有交点return NULL;//假定A比B长struct ListNode* ha=headA;struct ListNode* hb=headB;if(cnt1<cnt2){ha=headB;hb=headA;}int cnt=abs(cnt1-cnt2);while(cnt--)//让长的先走个数差ha=ha->next;while(ha)//两条链表同时遍历{if(ha==hb)//注意两个节点相等，不是节点值相等  ！！！！！！！return ha;ha=ha->next;hb=hb->next;}return NULL;
}

9.给定一个链表，判断链表中是否有环。141. 环形链表 - 力扣（LeetCode）

这是一个经典快慢指针：

bool hasCycle(struct ListNode *head) {struct ListNode* fast=head;struct ListNode* slow=head;while(fast&&fast->next){fast=fast->next->next;slow=slow->next;if(fast==slow)return true;}return false;
}

10.给定一个链表，返回链表开始入环的第一个结点。 如果链表无环，则返回  NULL

142. 环形链表 II - 力扣（LeetCode）

这个题需要我么用到简单的数学知识：

 

struct ListNode *detectCycle(struct ListNode *head) {struct ListNode* fast=head;struct ListNode* slow=head;while(fast&&fast->next){fast=fast->next->next;slow=slow->next;if(fast==slow){struct ListNode* cur=head;while(cur!=fast){cur=cur->next;fast=fast->next;}return cur;}}return NULL;
}

11. 给定一个链表，每个结点包含一个额外增加的随机指针，该指针可以指向链表中的任何结点或空结点。 要求返回这个链表的深度拷贝。 138. 随机链表的复制 - 力扣（LeetCode）

这个题我们可以用这个方法： 在原链表中，每个节点都复制一个节点插入在自己的后面，

然后进行random处理，如果原节点的random存在，则新节点的random指向原节点的random的下一个。最后，将两条链表分离即可。

struct Node* copyRandomList(struct Node* head) {if(!head) return NULL;struct Node* cur=head;while(cur){struct Node* newnode=(struct Node*)malloc(sizeof(struct Node));newnode->next=cur->next;newnode->val=cur->val;newnode->random=NULL;cur->next=newnode;cur=newnode->next;}cur=head;while(cur){struct Node* new=cur->next;if(cur->random)new->random=cur->random->next;cur=new->next;}cur=head;struct Node* newhead=cur->next;struct Node* tail=cur->next;while(cur){cur->next=tail->next;cur=cur->next;if(cur)tail->next=cur->next;tail=tail->next;}return newhead;
}

五、总体代码

SList.h

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>
// slist.h
typedef int SLTDateType;
typedef struct SListNode
{SLTDateType data;struct SListNode* next;
}SListNode;// 动态申请一个节点
SListNode* BuySListNode(SLTDateType x);
// 单链表打印
void SListPrint(SListNode* plist);
// 单链表尾插
void SListPushBack(SListNode** pplist, SLTDateType x);
// 单链表的头插
void SListPushFront(SListNode** pplist, SLTDateType x);
// 单链表的尾删
void SListPopBack(SListNode** pplist);
// 单链表头删
void SListPopFront(SListNode** pplist);
// 单链表查找
SListNode* SListFind(SListNode* plist, SLTDateType x);
// 单链表在pos位置之后插入x
// 分析思考为什么不在pos位置之前插入？
void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLTDateType x);
// 单链表删除pos位置之后的值
// 分析思考为什么不删除pos位置？
void SListEraseAfter(SListNode* pos);// 在pos的前面插入
void SLTInsert(SListNode** pphead, SListNode* pos, SLTDateType x);
// 删除pos位置
void SLTErase(SListNode** pphead, SListNode* pos);
void SLTDestroy(SListNode** pphead);

SList.h

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"SList.h"// 动态申请一个节点
SListNode* BuySListNode(SLTDateType x)
{SListNode* newnode = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");}newnode->data = x;newnode->next = NULL;return newnode;
}
// 单链表打印
void SListPrint(SListNode* plist)
{assert(plist);SListNode* cur = plist;while (cur){printf("%d-> ", cur->data);cur = cur->next;}printf("\n");
}
// 单链表尾插
void SListPushBack(SListNode** pplist, SLTDateType x)
{assert(pplist);SListNode* newnode = BuySListNode(x);if (*pplist == NULL){*pplist = newnode;return;}//找尾巴SListNode* tail = *pplist;while (tail->next != NULL)tail = tail->next;tail->next = newnode;
}
// 单链表的头插
void SListPushFront(SListNode** pplist, SLTDateType x)
{assert(pplist);SListNode* newnode = BuySListNode(x);newnode->next = *pplist;*pplist = newnode;
}
// 单链表的尾删
void SListPopBack(SListNode** pplist)
{assert(pplist);assert(*pplist);//有数据才能删，没有数据不删if ((*pplist)->next == NULL){free(*pplist);*pplist = NULL;}else{//找尾巴SListNode* prev = NULL;SListNode* tail = *pplist;while (tail->next != NULL){prev = tail;tail = tail->next;}free(tail);prev->next = NULL;}
}
// 单链表头删
void SListPopFront(SListNode** pplist)
{assert(pplist);assert(*pplist);SListNode* next = (*pplist)->next;free(*pplist);*pplist = next;
}
// 单链表查找
//plist是一个变量，保存的是地址，传的时候也是地址，传过去就是将变量里面的地址拷贝一份传过去了
SListNode* SListFind(SListNode* plist, SLTDateType x)
{assert(plist);SListNode* cur = plist;while (cur){if (cur->data == x)return cur;cur = cur->next;}return NULL;
}
// 单链表在pos位置之后插入x
// 分析思考为什么不在pos位置之前插入？
void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLTDateType x)
{assert(pos);SListNode* newnode = BuySListNode(x);newnode->next = pos->next;pos->next = newnode;
}
// 单链表删除pos位置之后的值
// 分析思考为什么不删除pos位置？
void SListEraseAfter(SListNode* pos)
{assert(pos);assert(pos->next);//检查是不是最后一个SListNode* next = pos->next;pos->next = next->next;free(next);
}// 在pos的前面插入
void SLTInsert(SListNode** pphead, SListNode* pos, SLTDateType x)
{assert(pphead);assert(*pphead);//这里没有检查pos是否为NULL，我认为在最后一个节点之后插入也是可以的if (pos == *pphead){SListPushFront(pphead, x);return;}SListNode* prev = *pphead;while (prev->next!=pos){prev = prev->next;}SListNode* newnode = BuySListNode(x);newnode->next = pos;prev->next = newnode;
}
// 删除pos位置
void SLTErase(SListNode** pphead, SListNode* pos)
{assert(pphead);assert(*pphead);assert(pos);//这里进行检查pos，必须有这个节点才能删除if (pos == *pphead){SListPopFront(pphead);return;}SListNode* prev = *pphead;while (prev->next != pos){prev = prev->next;}prev->next = pos->next;free(pos);pos = NULL;
}
void SLTDestroy(SListNode** pphead)
{assert(pphead);assert(*pphead);SListNode* cur = *pphead;while (cur){SListNode* next = cur->next;free(cur);cur = next;}*pphead = NULL;
}

Test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"SList.h"
void test1()
{SListNode* SL = NULL;SListPushBack(&SL, 1);SListPushBack(&SL, 2);SListPushBack(&SL, 3);SListPushBack(&SL, 4);SListPushBack(&SL, 5);SListPrint(SL);SListPushFront(&SL, 6);SListPushFront(&SL, 7);SListPushFront(&SL, 8);SListPushFront(&SL, 9);SListPushFront(&SL, 10);SListPushFront(&SL, 99);SListPushFront(&SL, 88);SListPushFront(&SL, 77);SListPrint(SL);SListPopBack(&SL);SListPopBack(&SL);SListPopBack(&SL);SListPopBack(&SL);SListPrint(SL);SListPopFront(&SL);SListPopFront(&SL);SListPopFront(&SL);SListPrint(SL);SListInsertAfter(SListFind(SL, 1), 99);SListInsertAfter(SListFind(SL, 10), 99);SListPrint(SL);SListEraseAfter(SListFind(SL, 1));SListEraseAfter(SListFind(SL, 10));//printf("%d\n", SListFind(SL, 1)->data);SListPrint(SL);SLTInsert(&SL, SListFind(SL, 10), 99);SLTInsert(&SL, NULL, 99);SListPrint(SL);SLTErase(&SL, SListFind(SL, 99));SLTErase(&SL, SListFind(SL, 99));SListPrint(SL);SLTDestroy(&SL);}
int main()
{test1();return 0;
}