C语言＜数据结构-链表＞
链表是一种常见且重要的数据结构，在 C 语言中，它通过指针将一系列的节点连接起来，每个节点可以存储不同类型的数据。相比数组，链表在插入和删除元素时不需要移动大量数据，具有更好的灵活性，尤其适合处理动态变化的数据集合。
当然，既然链表涉及到指针，而且与指针关系密切，所以只有当我们在对于指针有了一定扎实的了解后，才能更好、更轻松的了解链表这一新概念。然而，我认为对于链表这样一类概念来说，增删查改是最好去了解其本质的方法，所以今天，我们来看看链表的增删查改。
首先，我们来看看比较简单的头插、头删、尾插、尾删这四个：
一.前期准备：
对于前期准备我已经老调重弹了很多遍，这里不再过多赘述，首先最关键的就是链表节点的定义。
1. 链表节点的定义
链表由一个个节点组成，每个节点包含两部分：数据域和指针域。数据域用来存储数据，指针域指向下一个节点。所以我们选择用结构体去定义节点：
typedef int SLTDataType;typedef struct SListNode
{SLTDataType data;struct SListNode* next;
}SLTNode;代码解释：
1. typedef int SLTDataType：
这行代码定义了一个类型别名 SLTDataType，它实际上是 int 的同义词。也就说可以选择直接在结构体内部用 int data；之所以这样做的目的是：
- 提高代码可维护性：如果后续需要存储其他类型（如
float、char*），只需修改这一行，而不必改动整个代码。 - 增强可读性：
SLTDataType比直接用int更直观，表示这是链表节点的数据类型。
2. struct SListNode 结构体定义
这个结构体定义了单链表的节点结构，包含两个成员：
SLTDataType data;
- 数据域，用于存储具体的数据。
- 由于
SLTDataType被 typedef 为int，因此这里实际上存储的是整数。
struct SListNode* next;
- 指针域，指向下一个节点的地址。
- 这是实现链表连接的关键：每个节点通过
next指针指向下一个节点，直到最后一个节点的next为NULL，表示链表结束。 - 并非一个结构体，是一个结构体类型的指针
3. SLTNode;
这行代码将 struct SListNode 重命名为 SLTNode，目的是简化类型名。
- 之后可以直接用
SLTNode声明变量，而不需要写struct SListNode。 - 例如：
SLTNode* node = malloc(sizeof(SLTNode));
二.打印函数：
为了更好地在测试文件里测试函数的可行性，我们首先写一个打印函数。
void SLTPrint(SLTNode* phead)
{SLTNode* cur = phead;while (cur){printf("%d->", cur->data);cur = cur->next;}printf("NULL\n");
}代码解释：
1. 定义遍历指针
SLTNode* cur = phead;
- 创建一个临时指针
cur（current 的缩写，意为 “当前节点”），并将其初始化为头指针phead。 - 作用：用
cur遍历链表，避免直接修改头指针phead（如果直接移动phead，会导致链表 “头节点丢失”，无法再访问整个链表）。
2. 遍历链表并打印数据
while (cur)
- 循环条件
cur等价于cur != NULL，表示：只要当前节点cur不是空指针（即还没遍历到链表末尾），就继续循环。
printf("%d->", cur->data);
- 打印当前节点
cur的数据域data（%d对应SLTDataType为int的情况），并在后面加上->符号，模拟链表的 “指向” 关系。
cur = cur->next;
- 让
cur指向当前节点的下一个节点（通过指针域next），实现遍历的 “移动”。
3. 打印链表末尾标识
printf("NULL\n");
- 当循环结束时（
cur变为NULL，即遍历到链表末尾），打印NULL，表示链表的终止。
三.尾插函数：
void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{assert(pphead);SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");return;}newnode->data = x;newnode->next = NULL;if (*pphead == NULL){*pphead = newnode;}else{//找尾：SLTNode* tail = *pphead;while (tail->next != NULL){tail = tail->next;}tail->next = newnode;}
}代码解释：
函数定义解析：
void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
- 参数：
SLTNode** pphead：指向头指针的指针（二级指针）。因为尾插可能改变头指针（当链表为空时），必须通过二级指针修改原头指针的值。SLTDataType x：要插入的数据（类型为int，因为SLTDataType被 typedef 为int）。
- 返回值：
void，只执行插入操作，不返回数据。
函数体详解
1. 断言检查
assert(pphead);
- 确保传入的二级指针
pphead不为空（即头指针的地址必须有效）。 - 若
pphead为空，程序会触发断言错误并终止（防止野指针）。
2. 创建新节点
SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));
if (newnode == NULL)
{perror("malloc fail");return;
}
newnode->data = x;
newnode->next = NULL;
- 内存分配：用
malloc动态分配一个节点大小的内存空间。 - 错误处理：若
malloc失败（返回NULL），打印错误信息并提前返回。 - 初始化节点：将数据
x存入新节点的数据域data，并将指针域next置为NULL（因为新节点将成为尾节点）。
3. 处理链表为空的情况
if (*pphead == NULL)
{*pphead = newnode;
}
- 若链表为空（头指针
*pphead为NULL），直接让头指针指向新节点。 - 关键点：通过
*pphead修改原头指针的值，使新节点成为链表的第一个节点。
4. 链表不为空时的尾插操作
else
{SLTNode* tail = *pphead;while (tail->next != NULL){tail = tail->next;}tail->next = newnode;
}
- 遍历找尾：从链表头开始，用
tail指针遍历到最后一个节点（即tail->next == NULL的节点）。 - 插入新节点：将尾节点的
next指针指向新节点newnode，使新节点成为新的尾节点。
函数定义进阶解析：
到这里相信很多人仍然对于二级指针那个点感到糊涂：为什么前面打印函数定义时就是一级指针，而到了插入函数开始就用二级指针了呢？下面我先顺着原始思路去解释，认为和打印函数一样用的是一级指针的代码和测试代码会如下：
void SLTPushBack(SLTNode* phead, SLTDataType x)
{SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");return;}newnode->data = x;newnode->next = NULL;if (phead == NULL){phead = newnode;}else{//找尾：SLTNode* tail = phead;while (tail->next != NULL){tail = tail->next;}tail->next = newnode;}
}
void TestSList1()
{SLTNode* plist = NULL;SLTPushBack(plist, 1);SLTPushBack(plist, 2);SLTPushBack(plist, 3);SLTPushBack(plist, 4);SLTPrint(plist);
}int main()
{TestSList1();return 0;
}
然而这样最终编译结果为：
我们可以看到，结果好像不是我们想要的，这是因为：
问题核心：形参与实参的区别
void SLTPushBack(SLTNode* phead, SLTDataType x)
- 参数
phead是实参的副本：当调用SLTPushBack(plist, 1)时，函数内部的phead是plist的拷贝，它们指向同一块内存，但本身是两个不同的变量。 - 修改
phead不影响实参plist：在函数内部，当链表为空时执行phead = newnode，只是修改了副本phead的值，原头指针plist仍为NULL。
示例分析：
SLTNode* plist = NULL; // plist 指向 NULL
第一次调用 SLTPushBack(plist, 1)：
- 传值调用：
phead是plist的副本，初始值为NULL。 - 创建新节点：
newnode指向新分配的节点（数据为 1，next为NULL）。 - 执行
phead = newnode：phead指向新节点，但plist仍为NULL（因为phead是副本）。 - 函数返回：
phead被销毁，原plist未被修改，仍为NULL。
后续调用 SLTPushBack(plist, 2)、SLTPushBack(plist, 3) 等：
- 每次都重复上述过程，
plist始终为NULL，所有新节点都无法连接到链表中。 - 最终结果：链表为空，
SLTPrint(plist)输出NULL。
正确做法：使用二级指针
void SLTPushBack(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
- 传址调用：
pphead是指向头指针plist的指针，通过*pphead可以直接修改原头指针。 - 修改
*pphead影响实参：当链表为空时，*pphead = newnode直接将原头指针plist指向新节点。
明白了这点之后，后续函数该用一级指针还是二级指针我们就清楚了。
四.新增节点函数：
完成尾插函数以后，我们发现需要开辟新的节点，我们也能预想到，后续函数也会用到新增节点，所以我们不妨封装这个函数，简化代码量：
SLTNode* BuySLTNode(SLTDataType x)
{SLTNode* newnode = (SLTNode*)malloc(sizeof(SLTNode));if (newnode == NULL){perror("malloc fail");return;}newnode->data = x;newnode->next = NULL;return newnode;
}之后在开辟时，直接调用即可；
五.头插函数：
void SLTPushFront(SLTNode** pphead, SLTDataType x)
{assert(pphead);SLTNode* newnode = BuySLTNode(x);newnode->next = *pphead;*pphead = newnode;
}代码解释：
1. 断言检查
assert(pphead);
- 确保传入的二级指针
pphead不为空（即头指针的地址必须有效）。 - 若
pphead为空，程序会触发断言错误并终止（防止野指针）。
2. 创建新节点
SLTNode* newnode = BuySLTNode(x);
- 调用
BuySLTNode函数，创建一个新节点并初始化为数据x，next指针为NULL。
3. 插入新节点到头部
newnode->next = *pphead;
*pphead = newnode;
关键点：
- 将新节点的
next指针指向原头节点（*pphead）。 - 将原头指针
*pphead更新为新节点newnode，使新节点成为链表的新头。
- 将新节点的
无论链表是否为空，这两行代码都能正确工作：
- 若链表为空（
*pphead == NULL），新节点的next为NULL，并成为唯一节点。 - 若链表非空，新节点的
next指向原头节点，实现头插。
- 若链表为空（
头插函数很简约，理解起来也没什么大问题；
六.尾删函数：
void SLTPopBack(SLTNode** pphead)
{//暴力检查：assert(pphead);assert(*pphead);//只有一个节点；// 有多个节点；if ((*pphead)->next == NULL){free(*pphead);*pphead = NULL;}else{//找尾：SLTNode* prev = NULL;SLTNode* tail = *pphead;while (tail->next != NULL){prev = tail;tail = tail->next;}free(tail);tail = NULL;prev->next = NULL;}
}代码解释：
1. 断言检查
assert(pphead);
assert(*pphead);
- 第一个断言：确保传入的二级指针
pphead不为空（防止野指针）。 - 第二个断言：确保链表不为空（
*pphead != NULL）。若链表为空时调用此函数，会触发断言错误，终止程序。
2. 处理只有一个节点的情况
if ((*pphead)->next == NULL)
{free(*pphead);*pphead = NULL;
}
- 若链表只有一个节点（即头节点的
next为NULL）：- 释放头节点的内存（
free(*pphead)）。 - 将头指针置为
NULL（*pphead = NULL），表示链表已空。
- 释放头节点的内存（
3. 处理多个节点的情况
else
{SLTNode* prev = NULL;SLTNode* tail = *pphead;while (tail->next != NULL){prev = tail;tail = tail->next;}free(tail);tail = NULL;prev->next = NULL;
}
- 遍历找尾：
tail指针遍历到最后一个节点，prev始终指向tail的前一个节点。
- 释放尾节点：
- 释放
tail指向的尾节点（free(tail)）。 - 将
tail置为NULL（这一步是多余的，后面会解释）。
- 释放
- 更新链表：
将prev的next置为NULL，使prev成为新的尾节点。 - 注意对于这段代码，while内的代码逻辑极其重要，不能找到尾以后就直接删去，这样将导致删完以后，尾部出现随机值的情况，需要格外注意！！！
但其实这段代码还存在一点小问题：
存在的问题：
free(tail);
tail = NULL; // 这一步无效！
- 问题：
tail = NULL仅将局部变量tail置为NULL，无法影响原链表。 - 原因：
tail是局部指针，free(tail)后内存已释放，但tail本身仍保存着被释放内存的地址。将tail置为NULL只是修改了局部变量，对链表无影响。 - 修正：删除
tail = NULL这一行，因为它不影响链表结构，且是多余操作。
七.头删函数：
void SLTPopFront(SLTNode** pphead)
{//暴力检查：assert(pphead);assert(*pphead);SLTNode* first = *pphead;*pphead = first->next;free(first);first = NULL;
}代码解释：
1. 断言检查
assert(pphead);
assert(*pphead);
- 第一个断言：确保传入的二级指针
pphead不为空（防止野指针）。 - 第二个断言：确保链表不为空（
*pphead != NULL）。若链表为空时调用此函数，会触发断言错误，终止程序。
2. 保存原头节点并更新头指针
SLTNode* first = *pphead;
*pphead = first->next;
- 关键点：
- 用临时指针
first保存原头节点的地址。 - 将头指针
*pphead更新为原头节点的下一个节点（first->next）。
- 用临时指针
- 处理单节点情况：若链表只有一个节点，
first->next为NULL，更新后头指针*pphead变为NULL，链表为空。
3. 释放原头节点的内存
free(first);
first = NULL;
- 释放内存：调用
free(first)释放原头节点占用的内存。 - 置空局部指针：将
first置为NULL（这一步是可选的，因为first是局部变量，函数返回后会被销毁）。
这样一来，我们基础的尾插、尾删、头插、头删都已经讲完了，除了上面我们所关注到的细节点以外，还有一个点就是断言，我们发现有的地方加入了断言，有的地方没有，有的地方只有一个，而有的地方却有两个，我们来谈谈断言：
断言：
在 C 语言链表操作中，断言（assert） 是一种强大的调试工具，用于确保程序运行时的某些条件始终为真。
一、断言的本质与作用
断言是 C 标准库 <assert.h> 提供的宏，定义为：
void assert(int expression);
- 功能：若
expression为假（0），程序会立即终止，并打印错误信息（包括断言失败的位置、表达式内容）。 - 目的：在开发和测试阶段尽早发现逻辑错误，避免程序在错误状态下继续运行导致更严重的问题。
二、链表操作中常见的断言场景
1. 检查指针有效性
assert(pphead); // 确保二级指针（头指针的地址）不为NULL
- 场景：在需要修改头指针的函数中（如
SLTPushBack、SLTPopFront），若传入的pphead为NULL，后续解引用*pphead会导致野指针错误。 - 错误示例：
SLTNode* plist = NULL; SLTPushBack(NULL, 1); // 错误：传入NULL作为pphead
2. 检查链表非空
assert(*pphead); // 确保链表不为空（头指针不为NULL）
- 场景：在删除操作（如
SLTPopBack、SLTPopFront）中，若链表为空，删除操作无意义且可能导致崩溃。 - 错误示例：
SLTNode* plist = NULL; SLTPopFront(&plist); // 错误：对空链表执行头删
三、断言的优缺点
优点：
- 快速定位错误：断言失败时会直接打印错误位置和表达式，无需调试器即可快速发现问题。
- 强制约束条件：明确函数的前置条件（如 “链表必须非空”），提高代码安全性。
- 零运行时开销：在发布版本中可通过
#define NDEBUG禁用断言，消除性能影响。
缺点：
- 仅在调试阶段有效：发布版本中断言被禁用，无法检查运行时错误。
- 可能掩盖真实问题：若断言条件过于严格，可能导致程序频繁崩溃，需谨慎设置。
所以，链表细节满满，需要大家多花时间去了解，剩下的一些函数，将会放到下一篇博客中，敬请期待......