C语言中的单链表总结
单链表是一种基础的数据结构，广泛应用于C语言编程中。它由节点组成，每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。单链表的优点在于动态内存分配和高效的插入与删除操作。本文将详细探讨单链表的定义、基本操作、应用场景以及相关示例代码。
一、单链表的基本结构
单链表由多个节点组成，每个节点包含两部分：
- 数据部分：存储实际数据。
- 指针部分：指向下一个节点的指针。
节点的定义
在C语言中，我们可以使用结构体来定义单链表的节点。
typedef struct Node {
int data; // 数据部分
struct Node* next; // 指向下一个节点的指针
} Node;
二、单链表的基本操作
1. 创建单链表
创建单链表通常需要一个头指针，用于指向链表的第一个节点。若链表为空，头指针为NULL。
Node* createList() {
return NULL; // 返回空链表
}
2. 插入节点
2.1 在头部插入
在链表的头部插入新节点是最简单的操作。我们需要创建一个新节点，并将其指向当前的头节点。
Node* insertAtHead(Node* head, int newData) {
Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node)); // 动态分配内存
newNode->data = newData; // 设置新节点的数据
newNode->next = head; // 新节点指向原头节点
return newNode; // 返回新的头节点
}
2.2 在尾部插入
在尾部插入节点需要遍历链表找到最后一个节点，然后将其指针指向新节点。
Node* insertAtTail(Node* head, int newData) {
Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
newNode->data = newData;
newNode->next = NULL; // 新节点的下一个指针为NULL
if (head == NULL) {
return newNode; // 如果链表为空，返回新节点
}
Node* temp = head;
while (temp->next != NULL) {
temp = temp->next; // 遍历到最后一个节点
}
temp->next = newNode; // 将最后一个节点的next指针指向新节点
return head;
}
3. 删除节点
删除节点通常需要指定要删除的节点值，遍历链表找到该节点并进行删除。
Node* deleteNode(Node* head, int key) {
Node* temp = head;
Node* prev = NULL;
// 如果头节点包含要删除的值
if (temp != NULL && temp->data == key) {
head = temp->next; // 更新头节点
free(temp); // 释放内存
return head;
}
// 遍历链表查找要删除的节点
while (temp != NULL && temp->data != key) {
prev = temp;
temp = temp->next;
}
// 如果未找到要删除的节点
if (temp == NULL) {
return head;
}
// 解除节点的链接并释放内存
prev->next = temp->next;
free(temp);
return head;
}
4. 查找节点
查找节点根据值查找节点的位置。
Node* search(Node* head, int key) {
Node* current = head;
while (current != NULL) {
if (current->data == key) {
return current; // 返回找到的节点
}
current = current->next; // 继续遍历
}
return NULL; // 未找到
}
5. 遍历链表
遍历链表通常用于显示链表中的所有数据。
void traverseList(Node* head) {
Node* temp = head;
while (temp != NULL) {
printf("%d -> ", temp->data);
temp = temp->next;
}
printf("NULL\n"); // 显示链表结束
}
6. 反转链表
反转链表操作是将链表的指向反转，使最后一个节点变为第一个节点。
Node* reverseList(Node* head) {
Node* prev = NULL;
Node* current = head;
Node* next = NULL;
while (current != NULL) {
next = current->next; // 保存下一个节点
current->next = prev; // 反转指针
prev = current; // 移动prev和current
current = next;
}
return prev; // 返回新的头节点
}
三、单链表的应用
单链表在许多场景中都有应用，包括：
- 动态数据存储：当数据量不固定时，链表能有效利用内存。
- 实现栈和队列：单链表可以轻松实现栈和队列的操作。
- 缓存管理：可以用于实现LRU缓存。
- 图的邻接表表示：链表可以表示图中节点之间的连接关系。
四、完整示例
下面是一个完整的单链表示例，演示了所有基本操作。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef struct Node {
int data;
struct Node* next;
} Node;
Node* createList() {
return NULL;
}
Node* insertAtHead(Node* head, int newData) {
Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
newNode->data = newData;
newNode->next = head;
return newNode;
}
Node* insertAtTail(Node* head, int newData) {
Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
newNode->data = newData;
newNode->next = NULL;
if (head == NULL) {
return newNode;
}
Node* temp = head;
while (temp->next != NULL) {
temp = temp->next;
}
temp->next = newNode;
return head;
}
Node* deleteNode(Node* head, int key) {
Node* temp = head;
Node* prev = NULL;
if (temp != NULL && temp->data == key) {
head = temp->next;
free(temp);
return head;
}
while (temp != NULL && temp->data != key) {
prev = temp;
temp = temp->next;
}
if (temp == NULL) {
return head;
}
prev->next = temp->next;
free(temp);
return head;
}
Node* search(Node* head, int key) {
Node* current = head;
while (current != NULL) {
if (current->data == key) {
return current;
}
current = current->next;
}
return NULL;
}
void traverseList(Node* head) {
Node* temp = head;
while (temp != NULL) {
printf("%d -> ", temp->data);
temp = temp->next;
}
printf("NULL\n");
}
Node* reverseList(Node* head) {
Node* prev = NULL;
Node* current = head;
Node* next = NULL;
while (current != NULL) {
next = current->next;
current->next = prev;
prev = current;
current = next;
}
return prev;
}
int main() {
Node* head = createList();
head = insertAtHead(head, 1);
head = insertAtTail(head, 2);
head = insertAtTail(head, 3);
head = insertAtHead(head, 0);
printf("Current List: ");
traverseList(head);
head = deleteNode(head, 2);
printf("After Deleting 2: ");
traverseList(head);
Node* foundNode = search(head, 1);
if (foundNode) {
printf("Found Node with data: %d\n", foundNode->data);
} else {
printf("Node not found.\n");
}
head = reverseList(head);
printf("Reversed List: ");
traverseList(head);
return 0;
}
五、总结
单链表是一种灵活且实用的数据结构，通过动态内存分配和简单的插入、删除操作，使得它在许多实际应用中都能发挥重要作用。掌握单链表的基本操作，为深入学习其他数据结构奠定了基础。希望本总结对理解和使用单链表有所帮助。
小习题：