C 语言动态链表
线性结构->顺序存储->动态链表
一、理论部分
从起源中理解事物,就是从本质上理解事物。 -杜勒鲁奇
动态链表是通过结点(Node)的集合来非连续地存储数据,结点之间通过指针相互连接。
动态链表本身就是一种动态分配内存的数据结构。每个结点都包含数据部分和指向下一个节点的指针。这种结构允许在运行时动态地添加、删除或修改结点,而不需要像数组那样担心容量问题。
1.1、画图的重要性
直观理解数据结构:画图可以帮助我们直观地理解链表的结构,包括每个节点的位置、存储的数据以及节点之间的连接关系。这种直观的理解有助于我们更好地编写、调试和维护链表相关的代码。
辅助算法设计:在设计链表操作的算法时,如插入、删除、查找等,画图可以帮助我们清晰地展示算法的执行步骤和过程。通过画图,我们可以模拟算法的执行,预测结果,并发现潜在的错误或问题。这种可视化的方法对于复杂算法的设计和实现尤为重要。
提高调试效率:在链表操作中,很容易出现指针错误,如野指针、空指针解引用、内存泄漏等。通过画图,我们可以跟踪链表的状态变化,检查指针的指向是否正确,从而快速定位和解决这些问题。此外,画图还可以帮助我们理解程序的执行流程,找出逻辑上的错误或不合理之处。
促进团队合作与交流:在团队开发项目中,链表等数据结构的使用和操作往往是必不可少的。通过画图,我们可以将链表的结构和算法的执行过程清晰地展示给团队成员,促进彼此之间的理解和交流。这种可视化的沟通方式有助于提高团队的工作效率,减少误解和错误。
辅助教学与学习:对于初学者来说,链表等复杂数据结构可能难以理解和掌握。通过画图的方式,教师可以更加直观地讲解链表的结构和操作方法,帮助学生建立正确的认知模型。而学生也可以通过画图来巩固所学知识,加深对链表等数据结构的理解。
二、画图+代码分析
需求:动态链表实现对整型数据的增删改查。
创建头文件,定义如下:
typedef int data_type;struct node{data_type data;struct node *next;
};typedef struct node listnode;typedef enum{OK = 0,HEAD_NULL,LIST_MEMORY_ERROR,LIST_EMPTY,NO_SUCH_ELEMENT,}ERRORNUM;
2.1、创建头结点
如图所示:创建头结点
步骤:
①:在堆上申请struct node大小的一片地址空间;
②:将数据域清零,下一个节点指针域指向NULL;
③:返回头结点。
listnode *create_head(void)
{listnode *pnode = (listnode *)malloc(sizeof(listnode));if(pnode == NULL){perror("create_head_fail");return NULL;}pnode->data = 0;pnode->next = NULL;return pnode;
}
2.2、插入结点
插入方式:头插
①:先创建一个结点指针变量,malloc申请空间;
②:将头结点后的结点(有效结点)赋值给当前要插入的结点的next域,目的在于保护尾部结点
代码:pnew->next = head->next;
③:将当前插入的新节点赋值给head->next域 代码:head->next = pnew;
④:将插入的数据通过形参传值的方式,赋值给pnew->data域。
int insert_head(listnode *head, data_type data)
{if(head == NULL){return HEAD_NULL;}listnode *pnew = (listnode *)malloc(sizeof(listnode));if(pnew == NULL){return LIST_MEMORY_ERROR;}pnew->next = head->next;head->next = pnew;pnew->data = data;return OK;
}
2.3、遍历打印结点元素
①:将头结点通过形参传进来;
②:入参检测:<1.>判断头结点是否为空;<2.>判断头结点后的首节点是否为空(因为其存的是有效数据)。如果只有头结点,没有有效数据节点,则遍历无意义;
③:定义listnode结构体指针变量current,将头结点后的首结点赋值给它。因为:
1、简化遍历过程:使用current指针可以在遍历链表时不必每次都从头节点开始。通过移动current指针,可以逐个访问链表中的每个节点,直到到达链表的末尾(即current为NULL)。
2、保持链表结构的完整性:直接操作头指针(如head)来遍历链表可能会不小心改变链表的头部,尤其是在某些复杂的操作中(如删除头节点)。使用current这样的临时指针可以避免这种风险,因为它只是指向链表中的一个节点,而不是链表的头部。
3、提高代码的可读性和可维护性:使用明确的变量名(current)来表示当前正在处理的节点,可以使代码更加清晰易懂。这对于维护代码和与他人协作非常有帮助。
④:循环打印结点元素。
int list_show(listnode *head)
{if(head == NULL || head->next == NULL){return LIST_EMPTY;}listnode *current = head->next;// 注意,遍历链表时,判断条件式永远是当前的结点// 不是当前结点的下一个结点,否则在打印时会丢失最后一个结点while(current != NULL){ printf("%d ", current->data);current = current->next;}putchar(10);return OK;
}
2.4、删除结点
①:入参检测:<1.>判断头结点是否为空;<2.>判断头结点后的首节点是否为空(因为其存的是有效数据);
②:定义listnode结构体指针变量pnode,将头结点赋值给它。因为:保持链表结构的完整性:直接操作头指针(如head)来遍历链表可能会不小心改变链表的头部;
③:定义listnode结构体指针变量temp。因为:
1、保护链表结构:要删除链表中的一个节点时,需要先找到该节点的前一个节点(假设不是删除头节点)。然后,需要将前一个节点的next指针绕过被删除的节点,直接指向被删除节点的下一个节点。如果直接操作被删除节点的next指针来修改链表,那么可能会丢失对被删除节点下一个节点的引用,从而可能导致内存泄漏或无法访问链表的剩余部分。
2、安全地释放内存:在C语言中,动态分配的内存(如使用malloc或calloc等函数分配的内存)在使用完毕后应该被释放,以避免内存泄漏。通过定义一个temp指针来指向被删除的节点,可以在被删除节点从链表中移除之前安全地获取其地址,并使用free函数释放该节点的内存。
3、避免复杂的条件语句:在某些情况下,特别是在处理头节点或尾节点删除时,直接修改链表可能会引入复杂的条件语句来区分不同的情况。通过使用temp指针,可以编写更清晰、更易于维护的代码来处理这些情况。
int list_delete(listnode *head, data_type data)
{if(head == NULL || head->next ==NULL){return LIST_EMPTY;}listnode *phead = head;listnode *temp;while(phead != NULL){if(phead->next->data == data){temp = phead->next;phead->next = phead->next->next;free(temp);return OK;}phead = phead->next;}return NO_SUCH_ELEMENT;
}
2.5、修改节点元素
①:入参检测:
<1.>判断头结点是否为空;
<2.>判断头结点后的首节点是否为空(因为其存的是有效数据)。
如果只有头结点,没有有效数据节点,则修改无意义;
②:定义listnode结构体指针变量current,将头结点后的首结点赋值给它。原因这里不再赘述;
③遍历,将旧值赋值给新值。
int list_modify(listnode *head, data_type old_data, data_type new_data)
{if(head == NULL || head->next == NULL){return LIST_EMPTY;}listnode *current = head->next;while(current != NULL){if(current->data == old_data){current->data = new_data;return OK;}current = current->next;}return NO_SUCH_ELEMENT;
}
2.6、查询结点元素
①:入参检测:
<1.>判断头结点是否为空;
<2.>判断头结点后的首节点是否为空(因为其存的是有效数据)。
如果只有头结点,没有有效数据节点,则修改无意义。
②:定义listnode结构体指针变量current,将头结点后的首结点赋值给它。
原因这里不再赘述。
③遍历,将找到的结点值打印
int list_search(listnode *head, data_type data)
{if(head == NULL || head->next == NULL){return LIST_EMPTY;}int count = 0;listnode *current = head->next;while(current != NULL){if(current->data == data){printf("The element->%d is located at the %d node\n", data, count+1);return OK;}count++;current = current->next;}return NO_SUCH_ELEMENT;
}
三、源码
3.1、目录结构
主目录Makefile
ALL:make -C ./src/make -C ./obj/.PHONY: clean
clean:rm obj/*.orm bin/*
3.2、include目录
test.h
#ifndef _TEST_H_
#define _TEST_H_
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>typedef int data_type;struct node{data_type data;struct node *next;
};typedef struct node listnode;typedef enum{OK = 0,HEAD_NULL,LIST_MEMORY_ERROR,LIST_EMPTY,NO_SUCH_ELEMENT,}ERRORNUM;listnode *create_head(void);int insert_head(listnode *head, data_type data);int list_show(listnode *head);int list_delete(listnode *head, data_type data);int list_modify(listnode *head, data_type old_data, data_type new_data);int list_search(listnode *head, data_type data);#endif
3.3、obj目录
Makefile
ALL:gcc *.o -o ../bin/app
3.4、src目录
crud.c
#include "../include/test.h"listnode *create_head(void)
{listnode *pnode = (listnode *)malloc(sizeof(listnode));if(pnode == NULL){perror("create_head_fail");return NULL;}pnode->data = 0;pnode->next = NULL;return pnode;
}int insert_head(listnode *head, data_type data)
{if(head == NULL){return HEAD_NULL;}listnode *pnew = (listnode *)malloc(sizeof(listnode));if(pnew == NULL){return LIST_MEMORY_ERROR;}pnew->next = head->next;head->next = pnew;pnew->data = data;return OK;
}int list_show(listnode *head)
{if(head == NULL || head->next == NULL){return LIST_EMPTY;}listnode *current = head->next;// 注意,遍历链表时,判断条件式永远是当前的结点// 不是当前结点的下一个结点,否则在打印时会丢失最后一个结点while(current != NULL){ printf("%d ", current->data);current = current->next;}putchar(10);return OK;
}int list_delete(listnode *head, data_type data)
{if(head == NULL || head->next ==NULL){return LIST_EMPTY;}listnode *phead = head;listnode *temp;while(phead != NULL){if(phead->next->data == data){temp = phead->next;phead->next = phead->next->next;free(temp);return OK;}phead = phead->next;}return NO_SUCH_ELEMENT;
}int list_modify(listnode *head, data_type old_data, data_type new_data)
{if(head == NULL || head->next == NULL){return LIST_EMPTY;}listnode *current = head->next;while(current != NULL){if(current->data == old_data){current->data = new_data;return OK;}current = current->next;}return NO_SUCH_ELEMENT;
}int list_search(listnode *head, data_type data)
{if(head == NULL || head->next == NULL){return LIST_EMPTY;}int count = 0;listnode *current = head->next;while(current != NULL){if(current->data == data){printf("The element->%d is located at the %d node\n", data, count+1);return OK;}count++;current = current->next;}return NO_SUCH_ELEMENT;
}
main.c
#include "../include/test.h"int main()
{int ret = 0;listnode *head = NULL;head = create_head();if(head == NULL){return -1;}head = create_head();ret = insert_head(head, 15);ret = insert_head(head, 10);ret = insert_head(head, 5);ret = list_show(head);//ret = list_delete(head, 5);//et = list_show(head);//ret = list_modify(head, 30, 8);//ret = list_show(head);ret = list_search(head, 20);switch(ret){/* 通常不需要打印"成功"信息,但可以根据需要添加case SHOW_OK:printf("SHOW_OK\n");break;*/case HEAD_NULL:printf("HEAD_NULL\n");break;case LIST_MEMORY_ERROR:printf("LIST_MEMORY_ERROR\n");break;case LIST_EMPTY:printf("LIST_EMPTY\n");break;case NO_SUCH_ELEMENT:printf("NO_SUCH_ELEMENT\n");break;}return 0;
}
Makefile
ALL:../obj/main.o ../obj/crud.o
../obj/main.o:main.cgcc -c $< -o $@
../obj/crud.o:crud.cgcc -c $< -o $@
四、ReadMe
比较简单的顺序存储,动态链表
返回值是通过枚举实现,删改查的函数在main函数里有个小bug,比如删除的元素不存在,错误信息会正常返回,但要是调用显示函数的话,会把错误码覆盖掉,
这就导致看不到错误原因。改查同样如此,如果此程序改为与用于交互的话,这个bug可以很好解决掉。
程序当中有很多变量名需要优化,不是很见名知意。
五、源码下载
链接:https://pan.baidu.com/s/1ifx7ZCO7mt_HTQ76TUS33w
提取码:ckr8
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