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链表结构深度解析:从单向无头到双向循环的实现全指南

上篇博客实现动态顺序表时,我们会发现它存在许多弊端,如:

• 中间/头部的插⼊删除,时间复杂度为O(N)
• 增容需要申请新空间,拷⻉数据,释放旧空间。会有不⼩的消耗。
• 增容⼀般是呈2倍的增⻓,势必会有⼀定的空间浪费。例如当前容量为100,满了以后增容到200,我们再继续插⼊了5个数据,后⾯没有数据插⼊了,那么就浪费了95个数据空间。

这些问题该怎么解决呢?

我们需要学习线性表的另一种实现方式--链表。


目录

1.链表的分类

2.单链表

2.1概念与结构

2.1.1结点

2.1.2链表的性质

2.2单链表的实现

2.2.1 SList.h

2.2.2 SList.c 

 3.双向链表

3.1.概念与结构

 3.2双向链表的实现

3.2.1List.h

 3.2.2 List.c

4.顺序表与链表比较 

 


1.链表的分类

链表的结构⾮常多样,以下情况组合起来有8种(2 x 2 x 2)链表结构:

链表可从三个维度分类组合:

  1. 单向与双向
    • 单向链表:结点仅含一个指向下一结点的指针;
    • 双向链表:结点含前驱、后继两个指针。
  2. 带头与不带头
    • 带头链表有专门头结点(不存数据),便于操作;
    • 不带头链表首个结点即数据结点。
  3. 循环与不循环
    • 循环链表:最后结点指针指向头结点(带头)或首结点(不带头);
    • 不循环链表:最后结点指针为 null(单向)或后继为 null 且首结点前驱为 null(双向)。

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: 单链表双向带头循环链表。
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,后⾯我们代码实现了就知道了。

2.单链表

2.1概念与结构

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。
举个例子,这是一列火车:

淡季时⻋次的⻋厢会相应减少,旺季时⻋次的⻋厢会额外增加⼏节。只需要将⽕⻋⾥的某节⻋厢去掉/加上,不会影响其他⻋厢,每节⻋厢都是独⽴存在的。
在链表⾥,每节“⻋厢”是什么样的呢?

2.1.1结点

与顺序表不同的是,链表⾥的每节"⻋厢"都是独⽴申请下来的空间,我们称之为“结点”
结点的组成主要有两个部分:当前结点要保存的数据和保存下⼀个结点的地址(指针变量)。
图中指针变量 plist保存的是第⼀个结点的地址,我们称plist此时“指向”第⼀个结点,如果我们希望
plist“指向”第⼆个结点时,只需要修改plist保存的内容为0x0012FFA0。
链表中每个结点都是独⽴申请的(即需要插⼊数据时才去申请⼀块结点的空间),我们需要通过指针变量来保存下⼀个结点位置才能从当前结点找到下⼀个结点。

2.1.2链表的性质

1、链式机构在逻辑上是连续的,在物理结构上不⼀定连续
2、结点⼀般是从堆上申请的
3、从堆上申请来的空间,是按照⼀定策略分配出来的,每次申请的空间可能连续,可能不连续
结合前⾯学到的结构体知识,我们可以给出每个结点对应的结构体代码,假设当前保存的结点为整型:
struct SListNode {int data; //结点数据struct SListNode* next; //指针变量⽤保存下⼀个结点的地址
};
当我们想要保存⼀个整型数据时,实际是向操作系统申请了⼀块内存,这个内存不仅要保存整型数
据,也需要保存下⼀个结点的地址(直到下⼀个结点为空时保存的地址为空)。

2.2单链表的实现

注意:以下函数的一些参数有一些是二级指针,不是一级指针,使用时要格外注意。使用二级指针是因为要改变实参(使用一级指针的话,形参的变化影响不了实参)。

2.2.1 SList.h

#pragma once#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>typedef int SLTDataType;typedef struct SListNode
{SLTDataType data; //结点数据struct SListNode* next; //指针保存下⼀个结点的地址
}SLTNode;void SLTPrint(SLTNode * phead);//头部插⼊删除/尾部插⼊删除
void SLTPushBack(SLTNode * *pphead, SLTDataType x);
void SLTPushFront(SLTNode * *pphead, SLTDataType x);void SLTPopBack(SLTNode * *pphead);
void SLTPopFront(SLTNode * *pphead);//查找
SLTNode * SLTFind(SLTNode * phead, SLTDataType x);//在指定位置之前插⼊数据
void SLTInsert(SLTNode * *pphead, SLTNode * pos, SLTDataType x);//删除pos结点
void SLTErase(SLTNode * *pphead, SLTNode * pos);//在指定位置之后插⼊数据
void SLTInsertAfter(SLTNode * pos, SLTDataType x);//删除pos之后的结点
void SLTEraseAfter(SLTNode * pos);//销毁链表
void SListDestroy(SLTNode * *pphead);

2.2.2 SList.c 

2.2.2.1创建结点,打印链表,销毁链表

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS#include "SList.h"// 测试函数:手动创建并遍历一个单链表,最后释放内存
void test1()
{// 手动创建4个节点并初始化数据(实际开发中建议封装成函数)SLTNode* n1 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));n1->data = 1;  // 节点1数据赋值为1SLTNode* n2 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));n2->data = 2;  // 节点2数据赋值为2SLTNode* n3 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));n3->data = 3;  // 节点3数据赋值为3SLTNode* n4 = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));n4->data = 4;  // 节点4数据赋值为4// 手动连接节点形成链表:1 -> 2 -> 3 -> 4 -> NULLn1->next = n2;n2->next = n3;n3->next = n4;n4->next = NULL;  // 链表终止标志// 遍历链表并打印数据SLTNode* pcur = n1;  // 从链表头节点开始遍历while (pcur){printf("%d ", pcur->data);  // 打印当前节点数据pcur = pcur->next;          // 移动到下一个节点}printf("\n");  // 打印换行// 安全释放链表内存(防止内存泄漏)SLTNode* current = n1;  // 重新从头节点开始while (current){SLTNode* temp = current;  // 临时保存当前节点地址current = current->next;  // 先移动到下一个节点free(temp);               // 释放当前节点内存}// 注意:此时n1~n4已成为野指针,不可再访问
}int main()
{test1();  // 执行测试函数return 0;
}

封装函数:

1.创建结点:

SLTNode* CreateNode(int data)
{SLTNode* node = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));if (node == NULL){perror("malloc");exit(EXIT_FAILURE);}node->data = data;node->next = NULL;return node;
}

2.打印链表

void SLTPrint(SLTNode* phead)
{assert(phead);SLTNode* pcur = phead;while (pcur){printf("%d->", pcur->data);pcur = pcur->next;}printf("NULL\n");
}

3.销毁链表

void SListDestroy(SLTNode** pphead)
{assert(pphead && *pphead);SLTNode* current = *pphead;while (current){SLTNode* temp = current;current = current->next;free(temp);}*pphead = NULL;
}

 2.2.2.2尾部插入删除

void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{assert(pphead);SLTNode* new_node = CreateNode(x);if (*pphead == NULL){*pphead = new_node;}else{SLTNode* pcur = *pphead;while (pcur->next){pcur = pcur->next;}pcur->next = new_node;}
}void SLTPopBack(SLTNode** pphead)
{assert(pphead && *pphead);if ((*pphead)->next == NULL){free(*pphead);*pphead = NULL;}else{SLTNode* tail = *pphead;while (tail->next->next){tail = tail->next;}free(tail->next);tail->next = NULL;}
}

2.2.2.3头部插入删除  

void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{assert(pphead);SLTNode* new_node = CreateNode(x);new_node->next = *pphead;*pphead = new_node;
}void SLTPopFront(SLTNode** pphead)
{assert(pphead && *pphead);SLTNode* tem = (*pphead)->next;free(*pphead);*pphead = tem;
}

2.2.2.3查找 

SLTNode* SLTFind(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{assert(phead);SLTNode* pcur = phead;while (pcur){if (pcur->data = x){return pcur;}pcur = pcur->next;}return NULL;
}

2.2.2.4在指定位置插入删除

void SLTInsert(SLTNode** pphead, SLTNode* pos, SLTDataType x)
{assert(pphead);assert(pos);if (*pphead == pos){SLTPushFront(pphead,x);}else{SLTNode* new_node = CreateNode(x);SLTNode* pcur = *pphead;while (pcur->next != pos){pcur = pcur->next;}pcur->next = new_node;new_node->next = pos;}
}void SLTInsertAfter(SLTNode* pos, SLTDataType x)
{assert(pos);SLTNode* new_node = CreateNode(x);new_node->next = pos->next;pos->next = new_node;
}void SLTErase(SLTNode** pphead, SLTNode* pos)
{assert(pphead && *pphead);if (*pphead == pos){SLTPopFront(pphead);}else{SLTNode* pcur = *pphead;while (pcur->next != pos){pcur = pcur->next;}pcur->next = pos->next;free(pos);pos = NULL;}
}void SLTEraseAfter(SLTNode* pos)
{assert(pos);SLTNode* del = pos->next;pos->next = pos->next->next;free(del);del = NULL;
}

 3.双向链表

3.1.概念与结构

带头双向循环链表是一种具有特定结构与特性的线性数据结构。其每个节点包含三部分:数据域(存储实际数据)、前驱指针(prev,指向前驱节点)与后继指针(next,指向后继节点),以此实现双向链接。链表存在一个头结点(通常为哨兵节点,不存储有效数据),尾节点的 next 指针指向头结点,头结点的 prev 指针指向尾节点,构成循环结构。

 

从结构细节看:

 
  • 头结点(head):作为链表起始点,next 指向首个数据节点(如 d1),prev 指向尾节点(如 d3)。
  • 数据节点(如 d1d2d3
    • d1 的 prev 指向头结点 headnext 指向 d2
    • d2 的 prev 指向 d1next 指向 d3
  • 尾节点(d3next 指向头结点 head,prev 指向 d2
typedef int LTDataType;typedef struct listNode {LTDataType data;struct listNode* next;struct listNode* prev;
}LTNode;

 3.2双向链表的实现

3.2.1List.h

#pragma once#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<stdbool.h>typedef int LTDataType;typedef struct listNode {LTDataType data;struct listNode* next;struct listNode* prev;
}LTNode;LTNode* CreateNode(LTDataType x);//初始化
LTNode* LTInit2();
void LTInit1(LTNode** pphead);//打印链表
void LTPrint(LTNode* phead);//判断链表是否为空
bool LTEmpty(LTNode* phead);//尾插及尾删
void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x);
void LTPopBack(LTNode* phead);//头插及头删
void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x);
void LTPopFront(LTNode* phead);//查找
LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x);//在pos位置之后插⼊数据
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x);//删除pos结点
void LTErase(LTNode* pos);//销毁链表
void LTDestroy(LTNode* phead);

 3.2.2 List.c

3.2.2.1初始化链表,创建结点,打印链表,判断链表是否无有效数据

LTNode* CreateNode(LTDataType x)
{LTNode* new_node = (LTNode*)malloc(sizeof(LTNode));if (new_node == NULL){perror("malloc");exit(1);}new_node->data = x;new_node->prev = new_node->next = new_node;return new_node;
}void LTInit1(LTNode** pphead)
{assert(pphead);*pphead = CreateNode(-1);
}LTNode* LTInit2()
{LTNode* phead = CreateNode(-1);return phead;
}void LTPrint(LTNode* phead)
{assert(phead);LTNode* pcur = phead->next;while (pcur != phead){printf("%d ", pcur->data);pcur = pcur->next;}printf("\n");
}bool LTEmpty(LTNode* phead)
{assert(phead);return phead->next == phead;
}

3.2.2.2尾插及尾删

void LTPushBack(LTNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);//phead->prev new_node pheadLTNode* new_node = CreateNode(x);new_node->next = phead;new_node->prev = phead->prev;phead->prev->next = new_node;phead->prev = new_node;
}void LTPopBack(LTNode* phead)
{assert(phead);assert(!LTEmpty(phead));//phead->prev->prev  phead->prev  pheadLTNode* del = phead->prev;del->prev->next = phead;phead->prev = del->prev;free(del);
}

尾插

 

尾删

 

3.2.2.3头插及头删

void LTPushFront(LTNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);LTNode* new_node = CreateNode(x);//phead new_node phead->nextnew_node->next = phead->next;new_node->prev = phead;phead->next->prev = new_node;phead->next = new_node;
}void LTPopFront(LTNode* phead)
{assert(phead);assert(!LTEmpty(phead));LTNode* del = phead->next;del->next->prev = phead;phead->next = del->next;free(del);del = NULL;
}

头插

头删

 3.2.2.4查找,在指定位置插入及删除

 

LTNode* LTFind(LTNode* phead, LTDataType x)
{assert(phead);LTNode* pcur = phead->next;while (pcur != phead){if (pcur->data == x){return pcur;}pcur = pcur->next;}return NULL;
}//在pos位置之后插⼊数据
void LTInsert(LTNode* pos, LTDataType x)
{assert(pos);LTNode* new_node = CreateNode(x);new_node->next = pos->next;new_node->prev = pos;pos->next->prev = new_node;pos->next = new_node;
}void LTErase(LTNode* pos)
{assert(pos);assert(!(pos->prev == pos && pos->next == pos));pos->next->prev = pos->prev;pos->prev->next = pos->next;free(pos);
}

在指定位置之后插入

 

删除指定位置结点

3.2.2.5销毁链表

 

void LTDestroy(LTNode* phead)
{assert(phead);LTNode* pcur = phead->next;while (pcur != phead){LTNode* del = pcur;pcur = pcur->next;free(del);}free(phead);
}

4.顺序表与链表比较 

不同点顺序表链表(单链表)
存储空间上
物理上⼀定连续
逻辑上连续,但物理上不⼀定连续
随机访问
⽀持O(1)
不⽀持:O(N)
任意位置插⼊或者删除元素
可能需要搬移元素,效率低O(N)
只需修改指针指向
插⼊
动态顺序表,空间不够时需要扩容和空间浪费
没有容量的概念,按需申请释放,不存在空间浪费
应⽤场景
元素⾼效存储+频繁访问
任意位置⾼效插⼊和删除

 

 

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四、达人探店 1. 发布探店笔记 探店笔记类似于点评网站的评价&#xff0c;往往是图文结合。对应的表有两个&#xff1a; tb_blog&#xff1a;探店笔记表&#xff0c;包含笔记中的标题、文字、图片等tb_blog_comments&#xff1a;其他用户对探店笔记的评价 步骤①&#xff1…...

算法中的数学:质数(素数)

1.质数 1.1定义 一个大于1的自然数&#xff0c;除了1和它自身外&#xff0c;不能被其他自然数整除&#xff0c;那么他就是质数&#xff0c;否则他就是合数。 注意&#xff1a;1既不是质数也不是合数 唯一的偶质数是2&#xff0c;其余所有质数都是奇质数 1.2质数判定求法 试除法…...

linux、window安装部署nacos

本文以nacos 2.2.0为例 文章目录 1.下载安装包2.按需修改配置配置单机模式配置内存 -Xms -Xmx -Xmn配置数据库为MySQL 3. 访问http://ip:8848/nacos4.常见问题找不到javac命令 1.下载安装包 打开官网&#xff0c;下载2.2.0版本 2.按需修改配置 配置单机模式 默认集群模式&…...

C++ 外观模式详解

外观模式&#xff08;Facade Pattern&#xff09;是一种结构型设计模式&#xff0c;它为复杂的子系统提供一个简化的接口。 概念解析 外观模式的核心思想是&#xff1a; 简化接口&#xff1a;为复杂的子系统提供一个更简单、更统一的接口 降低耦合&#xff1a;减少客户端与子…...

42. 接雨水(相向双指针/前后缀分解),一篇文章讲透彻

给定一个数组&#xff0c;代表柱子的高度 求出下雨之后&#xff0c;能接的水有多少单位。我们将每一个柱子想象成一个水桶&#xff0c;看他能接多少水 以这个水桶为例&#xff0c;他所能接的水取决于左边的柱子的最大高度和右边柱子的最大高度&#xff0c;因为只有柱子高的时候…...

vue实现AI问答Markdown打字机效果

上线效果 功能清单 AI问答&#xff0c;文字输出跟随打字机效果格式化回答内容&#xff08;markdown格式&#xff09;停止回答&#xff0c;复制回答内容回答时自动向下滚动全屏切换历史问答查看 主要技术 vue 2.7.1markdown-it 14.1.0microsoft/fetch-event-source 2.0.1high…...

【QT】QT中的事件

QT中的事件 1.事件的定义和作用2.QT中事件产生和派发流程2.1 步骤2.2 图示示例代码&#xff1a;&#xff08;event函数接收所有事件&#xff09; 3.常见的事件3.1 鼠标事件示例代码&#xff1a;现象&#xff1a; 3.2 按键事件3.3 窗口大小改变事件 4.举例说明示例代码&#xff…...

【QT】QT中的软键盘设计

QT的软键盘设计 1.软键盘制作步骤2.介绍有关函数的使用3.出现的编译错误及解决办法示例代码1&#xff1a;按键事件实现软键盘现象&#xff1a;示例代码2&#xff1a;按键事件实现软键盘&#xff08;加特殊按键&#xff09;现象&#xff1a; 软键盘移植到新的工程的步骤&#xf…...

【Unity】一个AssetBundle热更新的使用小例子

1.新建两个预制体&#xff1a; Cube1&#xff1a;GameObject Material1&#xff1a;Material Cube1使用了Material1材质 之后设置打包配置 Cube1的打包配置为custom.ab Material1的打包配置为mat.ab 2.在Asset文件夹下创建Editor文件夹&#xff0c;并在Editor下创建BuildBundle…...

【Bootstrap V4系列】学习入门教程之 组件-按钮组(Button group)

Bootstrap V4系列 学习入门教程之 组件-按钮组&#xff08;Button group&#xff09; 按钮组&#xff08;Button group&#xff09;一、Basic example二、Button toolbar 按钮工具条三、Sizing 尺寸四、Nesting 嵌套五、Vertical variation 垂直变化 按钮组&#xff08;Button …...

Linux进程间的通信

IPC 即 Inter-Process Communication&#xff0c;也就是进程间通信&#xff0c;它指的是在不同进程之间进行数据交换和协调同步的机制。在操作系统里&#xff0c;每个进程都有自己独立的内存空间&#xff0c;一般情况下不能直接访问其他进程的内存&#xff0c;所以需要借助 IPC…...

常用非对称加密算法的Python实现及详解

非对称加密算法&#xff08;Asymmetric Encryption&#xff09;使用公钥加密、私钥解密&#xff0c;解决了对称加密的密钥分发问题。本文将详细介绍 RSA、ECC、ElGamal、DSA、ECDSA、Ed25519 等非对称加密算法的原理&#xff0c;并提供Python实现代码及安全性分析。 1. 非对称加…...

【题解-洛谷】B4303 [蓝桥杯青少年组省赛 2024] 字母移位

题目&#xff1a;B4303 [蓝桥杯青少年组省赛 2024] 字母移位 题目描述 字母移位表示将字母按照字母表的顺序进行移动。 例如&#xff0c; b \texttt{b} b 向右移动一位是 c \texttt{c} c&#xff0c; f \texttt{f} f 向左移动两位是 d \texttt{d} d。 特别地&#xff0c;…...

详讲viewer查看器

将Python与Cesium结合起来&#xff0c;可以实现高效的数据处理与可视化展示。本文将详细介绍如何在Python环境中集成Cesium&#xff0c;以及实现数据可视化的具体方法。 我们可以通过在app.vue中的修改来更改我们查看器的显示方法 修改前 修改后 还可以进行各式各样的自定义操作…...

开关电源原理

开关电源原理 一、 开关电源的电路组成&#xff1a; 开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器&#xff08;EMI&#xff09;、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短…...

数据库的并发控制

并发控制 12.1 并发级别 问题&#xff1a;交错的读写 并发客户端可以随意进入和退出事务&#xff0c;并在中途请求读取和写入。为了简化分析&#xff0c;假设enter/exit/read/write是原子步骤&#xff0c;因此并发事务只是这些步骤的交错。 我们还将区分只读事务和读写事务…...

力扣第448场周赛

赛时成绩如下: 这应该是我力扣周赛的最好成绩了(虽然还是三题) 1. 两个数字的最大乘积 给定一个正整数 n。 返回 任意两位数字 相乘所得的 最大 乘积。 注意&#xff1a;如果某个数字在 n 中出现多次&#xff0c;你可以多次使用该数字。 示例 1&#xff1a; 输入&#xff1…...

关于Python:9. 深入理解Python运行机制

一、Python内存管理&#xff08;引用计数、垃圾回收&#xff09; Python&#xff08;CPython&#xff09;采用的是&#xff1a; “引用计数为主&#xff0c;垃圾回收为辅” 的内存管理机制。 也就是说&#xff1a; 引用计数机制&#xff1a;负责大部分内存释放&#xff0c;简…...

Cron表达式的用法

最近几天开发东西用到了定时脚本的问题&#xff0c;中间隔了一段时间没有用到&#xff0c;再次复习一下Cron表达式的用法。 Cron表达式是一种用于定义定时任务执行时间的字符串格式&#xff0c;广泛应用于Unix/Linux系统以及各种编程语言中。其主要用途是通过灵活的时间规则来…...

手机通过局域网访问网狐接口及管理后台网站

1.本地部署接口及后台网站 2.设置允许网站端口通过防火墙 3.查看网站服务器IP 4.手机连接到本地服务器同一局域网 5.手机访问本地服务器接口...