> 在上节，我们已经了解到了线性存储中的连续存储，我们还把这种存储结构叫做顺序表，或者数组。并且知道线性连续存储存在以下优缺点： * 优点：能实现快速追加和存取元素 * 缺点：插入元素或删除元素都要移动大量的原有元素 在本节，我们将一起来了解《数据结构》中研究的另一种线性数据结构-离散存储，我们也可以把线性的离散存储叫做链表。链表的基本结构如下图：  如果你没有阅读过本系列的前面部门文章，建议您通过以下链接先阅读之前的内容： * **1.从线性连续存储开始，重新认识《数据结构》 [https://blog.jkdev.cn/index.php/archives/327/](https://blog.jkdev.cn/index.php/archives/327/)** ## 一、链表的实现过程 ### 1.定义链表节点 > 和顺序表相比，链表的存储结构在实现插入、删除时，不需要移动大量的元素。但不容易实现随机存取元素线性表中第i个元素的操作。所以链表适用于需要经常进行插入和删除的操作的线性表，如飞机航班乘客表。 首先我们定义一个```02-LinkList.cpp```文件，需要引入基本的c语言头文件，并且定义链表节点的结构体 ```cpp # include // 标准io头部，包含printf函数 # include // 包含malloc函数，在mac电脑上，改为sys/malloc.h # include // 包含exit函数 typedef struct Node { int data; // 数据域 struct Node *pNext; // 指针域 } NODE, *PNODE; // NODE 等价于 struct Node, *PNODE 等价于* Node ``` ### 2.创建链表 接下来我们定义创建链表的函数 ```cpp PNODE create_list(void) { int len; // 存放节点的有效个数 int val; //存放用户输入的临时存入的节点的值 // 分配一个不存在任何数据的头节点 PNODE pHead = (PNODE)malloc(sizeof(NODE)); if (NULL == pHead) { printf("内存分配失败!\n"); exit(-1); } // 初始状态下，链表尾节点和头节点指向同一个内存（即头节点就是尾节点），而指针域为NULL PNODE pTail = pHead; pTail->pNext = NULL; printf("请输入您需要生成的链表节点的个数：len="); scanf("%d", &len); for (int i = 0; i < len; i++) { printf("请输入第%d个节点的值", i + 1); scanf("%d", &val); PNODE pNew = (PNODE)malloc(sizeof(NODE)); if (NULL == pNew) { printf("分配失败，程序终止！\n"); exit(-1); } // 分配成功，给新节点赋值 pNew->data = val; // 让链表尾节指针域点指向最新的节点，实现增加新节点 pTail->pNext = pNew; // 新节点的指针域为NULL pNew->pNext = NULL; // 最后，再让尾节点指向新节点。 pTail = pNew; } // 链表创建完成后，返回头节点 return pHead; } ``` ### 3.遍历链表元素 从头节点开始，如果链表节点的指针域不为NULL，即输出数据 ```cpp void traverse_list(PNODE pHead) { // 把第一个节点赋给变量p PNODE p = pHead->pNext; while (NULL != p) { // p 不为NULL,代表有数据，则输出p的数据于 printf("%d ", p->data); // 输出p的数据域之后，让p指向下一个节点 p = p->pNext; } printf("\n"); return; } ``` ### 4.判断链表是否为空和计算链表长度 如果链表头节点的指针域为空，则链表是空链表。长度的计算则通过遍历链表来计算，如下代码 ```c // 判断链表是否为空 bool is_empty(PNODE pHead) { if (NULL == pHead->pNext) { return true; } else { return false; } } // 计算链表的长度 int length_list(PNODE pHead) { PNODE p = pHead->pNext; int len = 0; while (NULL != 0) { ++len; p = p->pNext; } return len; } ``` ### 5.链表排序 接下来，我们根据从小到大的数据域值对链表节点进行排序。链表的排序和顺序表类似，我们使用两个节点变量用于临时存储对比中的两个节点，如下代码 ```c // 链表排序 void sort_list(PNODE pHead) { int i, j, t; int len = length_list(pHead); // 定义p和q两个节点变量，用于临时存放交换节点 PNODE p, q; // 让p指向当前节点 for (i = 0, p = pHead->pNext; i < len; i++, p = p->pNext) { // 让q指向下一个节点 for (j = i + 1, q = p->pNext; i < len; j++, q = q->pNext) { // 用当前节点和下一个节点进行对比，如果当前节点的数据域大于下一个节点，就将数据进行交换 if (p->data > q->data) { t = p->data; p->data = q->data; q->data = t; } } } } ``` ### 6.插入新节点 在接下来的插入和删除操作中，我们记链表的索引为position，position从0开始。首先，在链表的position位置插入节点，该节点的值是val，代码如下 ```c // 插入节点 bool insert_list(PNODE pHead, int position, int val) { int len = length_list(pHead); if (len < 0 || position > len) { return false; } int i = 0; PNODE p = pHead; // 使用while循环，使p变量指向position节点的前一个节点 while (NULL != p->pNext && i < position) { p = p->pNext; ++i; } // 程序执行到这里，p已经指向position节点的前一个节点，position节点是否为空无所谓 // 插入过程1：分配新节点 PNODE pNew = (PNODE)malloc(sizeof(NODE)); if (NULL == pNew) { printf("动态分配内存失败失败"); exit(-1); } // 插入过程2：将传入的值赋给新节点的数据域 pNew->data = val; // 插入过程3：用变量q临时存储position节点 PNODE q = p->pNext; // 插入过程4：将position节点的前一个节点指向新节点 p->pNext = pNew; // 插入过程5：再将新节点指向posion节点 pNew->pNext = q; return true; } ``` ### 7.删除节点 删除节点和插入节点操作类似。区别在于，插入节操作在找到position节点后，动态分配新空间并插入到原链表的position位置，删除节点操作则在找到position节点之后，释放position节点的空间，再把原position旁边两个不相连的节点连接起来。 ```c // 删除节点 bool delete_list(PNODE pHead, int position, int *pVal) { int len = length_list(pHead); if (len < 0 || position > len) { return false; } int i = 0; PNODE p = pHead; // 使用while循环，使p变量指向position节点的前一个节点 while (NULL != p->pNext && i < position) { p = p->pNext; ++i; } // 如果position节点为NULL，返回false if (NULL == p->pNext) { return false; } // 程序执行到这里，p已经指向position节点的前一个节点，并且position节点是存在的 // 删除过程1，让q变量指向position节点 PNODE q = p->pNext; // 删除过程2，将position节点的数据赋给pVal *pVal = q->data; // 删除过程3，让position节点的前一个节点指向position节点的下一个 p->pNext = p->pNext->pNext; // 删除过程4，释放position节点指向的内存，并让q变量指向NULL free(q); q = NULL; return true; } ``` ## 二、测试与验证 ### 1.测试 所有测试代码如下 ```c #include #include #include // 定义链表节点 typedef struct Node { int data; // 数据域 struct Node *pNext; // 指针域 } NODE, *PNODE; // NODE 等价于 struct Node, *PNODE 等价于* Node // 创建一个非循环的单链表 PNODE create_list(void) { int len; // 存放节点的有效个数 int val; //存放用户输入的临时存入的节点的值 // 分配一个不存在任何数据的头节点 PNODE pHead = (PNODE)malloc(sizeof(NODE)); if (NULL == pHead) { printf("内存分配失败!\n"); exit(-1); } // 初始状态下，链表尾节点和头节点指向同一个内存（即头节点就是尾节点），而指针域为NULL PNODE pTail = pHead; pTail->pNext = NULL; printf("请输入您需要生成的链表节点的个数：len="); scanf("%d", &len); for (int i = 0; i < len; i++) { printf("请输入第%d个节点的值:", i + 1); scanf("%d", &val); PNODE pNew = (PNODE)malloc(sizeof(NODE)); if (NULL == pNew) { printf("分配失败，程序终止！\n"); exit(-1); } // 分配成功，给新节点赋值 pNew->data = val; // 让链表尾节指针域点指向最新的节点，实现增加新节点 pTail->pNext = pNew; // 新节点的指针域为NULL pNew->pNext = NULL; // 最后，再让尾节点指向新节点。 pTail = pNew; } // 链表创建完成后，返回头节点 return pHead; } // 遍历链表 void traverse_list(PNODE pHead) { // 把第一个节点赋给变量p PNODE p = pHead->pNext; while (NULL != p) { // p 不为NULL,代表有数据，则输出p的数据于 printf("%d ", p->data); // 输出p的数据域之后，让p指向下一个节点 p = p->pNext; } printf("\n"); return; } // 判断链表是否为空 bool is_empty(PNODE pHead) { if (NULL == pHead->pNext) { return true; } else { return false; } } // 计算链表的长度 int length_list(PNODE pHead) { PNODE p = pHead->pNext; int len = 0; while (NULL != p) { ++len; p = p->pNext; } return len; } // 链表排序 void sort_list(PNODE pHead) { int i, j, t; int len = length_list(pHead); // 定义p和q两个节点变量，用于临时存放交换节点 PNODE p, q; // 让p指向当前节点 for (i = 0, p = pHead->pNext; i < len - 1; i++, p = p->pNext) { // 让q指向当前节点的下一个节点 for (j = i + 1, q = p->pNext; j < len; j++, q = q->pNext) { // 用当前节点和下一个节点进行对比，如果当前节点的数据域大于下一个节点，就将数据进行交换 if (p->data > q->data) { t = p->data; p->data = q->data; q->data = t; } } } } // 插入节点 bool insert_list(PNODE pHead, int position, int val) { int len = length_list(pHead); if (len < 0 || position > len) { return false; } int i = 0; PNODE p = pHead; // 使用while循环，使p变量指向position节点的前一个节点 while (NULL != p->pNext && i < position) { p = p->pNext; ++i; } // 程序执行到这里，p已经指向position节点的前一个节点，position节点是否为空无所谓 // 插入过程1：分配新节点 PNODE pNew = (PNODE)malloc(sizeof(NODE)); if (NULL == pNew) { printf("动态分配内存失败失败"); exit(-1); } // 插入过程2：将传入的值赋给新节点的数据域 pNew->data = val; // 插入过程3：用变量q临时存储position节点 PNODE q = p->pNext; // 插入过程4：将position节点的前一个节点指向新节点 p->pNext = pNew; // 插入过程5：再将新节点指向posion节点 pNew->pNext = q; return true; } // 删除节点 bool delete_list(PNODE pHead, int position, int *pVal) { int len = length_list(pHead); if (len < 0 || position > len) { return false; } int i = 0; PNODE p = pHead; // 使用while循环，使p变量指向position节点的前一个节点 while (NULL != p->pNext && i < position) { p = p->pNext; ++i; } // 如果position节点为NULL，返回false if (NULL == p->pNext) { return false; } // 程序执行到这里，p已经指向position节点的前一个节点，并且position节点是存在的 // 删除过程1，让q变量指向position节点 PNODE q = p->pNext; // 删除过程2，将position节点的数据赋给pVal *pVal = q->data; // 删除过程3，让position节点的前一个节点指向position节点的下一个 p->pNext = p->pNext->pNext; // 删除过程4，释放position节点指向的内存，并让q变量指向NULL free(q); q = NULL; return true; } int main() { // 创建链表，定义长度为6，输入1、5、6、4、3、2 PNODE pHead = create_list(); // 遍历元素：输出 1 5 6 4 3 2 traverse_list(pHead); // 链表排序 sort_list(pHead); // 遍历元素：输出 1 2 3 4 5 6 traverse_list(pHead); // 在索引为0的位置添加元素7 insert_list(pHead, 0, 7); // 遍历元素：输出 7 1 2 3 4 5 6 traverse_list(pHead); // 在索引为5的位置删除元素，并输出删除的元素 int val; delete_list(pHead, 5, &val); // 遍历元素，输出： traverse_list(pHead); // 打印删除的元素 printf("被删除的元素数据域是%d\n", val); return 0; } ``` ### 2.结果 程序编译与执行的结果如下： ```shell pan@pandeMBP ds % g++ 02-LinkList.cpp pan@pandeMBP ds % ./a.out 请输入您需要生成的链表节点的个数：len=6 请输入第1个节点的值:1 请输入第2个节点的值:5 请输入第3个节点的值:6 请输入第4个节点的值:4 请输入第5个节点的值:3 请输入第6个节点的值:2 1 5 6 4 3 2 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 6 被删除的元素数据域是5 ``` > 本文原创首发自wx订阅号：**极客开发中up**，禁止转载