嵌入式第十八课！！数据结构篇入门及单向链表
在前几章对C语言的学习中，我们学到了：
- 基本的C语法和简单算法
- 面向过程的编程思想
而在数据结构这一篇章，我们将要学习：
- 常用的数据存储结构
- 算法
- 面向对象的编程思想
数据结构
在正式开始学习之前，我们先来了解一下什么是数据结构：
什么是数据结构？
所谓数据结构，就是用来组织和存储数据的，而存储 ， 即存储变量、数组（在数据结构里称为顺序表）等；程序 = 数据结构 + 算法，了解数据的存放佐以数据的算法，就构成了程序。
数据与数据之间的关系
1）逻辑结构 ：数据元素与元素之间的关系
- 集合：元素与元素之间平等独立的集合关系
- 线性结构：数据元素与元素之间存在一对一的关系(顺序表、链表、队列、栈)
- 树形结构：数据元素与元素之间存在一对多的关系（二叉树）
- 图形结构：数据元素与元素之间存在多对多的关系 (网状结构)
2）物理结构 ：数据元素在计算机内存中的存储方式
顺序结构：
在内存中选用一段连续的内存空间（线性结构）进行存储
- 数据访问方便（O（1））
- 插入和删除数据时需要移动大量数据
- 需要预内存分配
- 可能造成大量的内存碎片
内存碎片：
- 内内存碎片：如结构体struct里空出的空间；
- 外内存碎片：申请大连续空间（malloc）剩余的空间；
顺序结构的存储如图所示：
像数组一样，依次进入存储空间，如果要插入数据或删除数据都要把该数据前后的数据修改一下。
链式结构：
可以在内存中选用一段非连续的内存空间进行存储
- 数据访问时必须要从头遍历（O（n））
- 插入和删除元素方便
- 不需要预内存分配，是一种动态存储的方式
- 可以充分使用内存空间
链式结构的存储方式如图所示：
链式结构存储是通过元素后的指针指向下一元素进行链接的，当最后一个元素后的指针是一个空指针时就表示停止。
顺序结构和链式结构的时间复杂度如图所示：
索引结构：
将要存储的数据的关键字和存储位置之间构建一个索引表，也就是给下面的哈希函数建立一个表。
散列结构（哈希结构）：
将数据的存储位置与数据元素之间的关键字建立起对应的关系（哈数函数），根据该关系进行数据存储和快速查找
哈希结构存储方式如下图：
中间关键字key 和addr的表就是索引结构
基本功能
数据结构的基本功能就是：
- 快捷使用指针
- 结构体（封装）
- 实现动态内存分配
数据结构的内容
数据结构包含一下内容（带*的为重点）
1. 链式表
单向链表*
双向链表*
循环链表
内核链表
2. 栈*
3. 队列*
4. 二叉树
5. 哈希表
6.常用算法*
单向链表
单向链表的组成
链表：对象（存储数据的对象）、属性（变量）、行为（函数）
单向链表是由链表对象与各个结点组成的：
结点：
单向链表的结点是由上方的数据域data和下方的指针域pnext（指向下一个结点）组成的。
链表对象
链表对象是由phead（保存头结点地址，指向下一节点），clen（节点个数），以及其他属性组成的。
单向链表代码
1. 创建链表对象
首先我们要先在声明 link . h 里封装结构体：
#ifndef __LINK_H__
#define __LINK_H__/*链表存储的数据的数据类型*/
typedef int Data_type_t;/*链表的结点类型*/
typedef struct node
{Data_type_t data;struct node *pnext;
}Node_t;/*链表对象类型*/
typedef struct link
{Node_t *phead;int clen;
}Link_t;
#endif然后我们在函数文件里创建函数：
#include "link.h"
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>/*创建单向链表*/
Link_t *create_link()
{Link_t *plink = malloc(sizeof(Link_t));if (NULL == plink){printf("malloc error!\n");return NULL;}plink->phead = NULL;plink->clen = 0;return plink;
}
在堆区开辟空间创建链表对象，如果没有申请到空间，即打印出错；如果申请成功，将链表对象指向结点的指针初始化为空指针，节点个数设置为0；
在主函数调用函数：
#include <stdio.h>
#include "link.h"int main(int argc, const char *argv[])
{Link_t *plink = create_link();if (NULL == plink){return -1;}return 0;
}2. 插入数据（头插、尾插）
头插
头插即是从链表对象后开始插入数据：
/*向单向链表的头部插入数据*/
int insert_link_head(Link_t *plink, Data_type_t data)
{//申请结点Node_t *pnode = malloc(sizeof(Node_t));if (NULL == pnode){printf("malloc error!");return -1;}//初始化结点pnode->data = data;pnode->pnext = NULL;//头插2步插入结点pnode->pnext = plink->phead;plink->phead = pnode;plink->clen++;return 0;
}首先，申请空间存放节点，后对结点进行初始化；我们要先让待插入的结点指向当前链表对象指向的结点；后再让链表对象指向当前待插入的结点。不然如果先让链表对象指向待插入的结点，后一位结点的位置将会丢失，不能再进行链接：
尾插
尾插即是从链表末尾开始插入数据：
int insert_link_back(Link_t *plink , Data_type_t data)
{Node_t *pnode = malloc(sizeof(Node_t));if(NULL == pnode){printf("malloc error!");return -1;}pnode -> data = data;pnode -> pnext =NULL;if(plink -> phead == NULL){plink -> phead = pnode;pnode -> pnext = NULL;plink -> clen++;return 0;}else{Node_t *ptmp = plink -> phead;while(ptmp -> pnext != NULL){ptmp = ptmp-> pnext;}ptmp -> pnext = pnode;plink ->clen++;return 0;}
尾插的一些逻辑算法和头插一致，但不同的是，先判断是否是一个空链表：如果是一个空链表，那就直接改变链表对象的指向与结点的指向即可；如果不是一个空指针，要先遍历一遍结点，找到末尾的结点，修改它的指针域指向待插入结点。
3. 删除数据（头删、尾删）
头删
头删即是从链表对象指向的结点开始销毁空间：
int delete_link(Link_t *plink)
{Node_t*ptmp = plink -> phead;plink -> phead = ptmp -> pnext;if(plink -> phead == NULL){return 0;}else{free(ptmp);plink -> clen--;ptmp = NULL;return 1;}
}先设定一个指针来指向第一个结点，此时设定链表对象指向下一个结点；如果此时是一个空链表，即不再运行、如果非空链表，就解放当前指针ptmp指向的第一个结点的空间，同时让节点个数-1，别忘了此时ptmp是野指针，将ptmp设为空指针。
尾删
尾删即是从链表的最后一个结点开始删除：
int delete_linkback(Link_t *plink)
{if (plink -> phead == NULL){free(plink);return -1;}Node_t*ptmp = plink -> phead;if (ptmp -> pnext == NULL){delete_link(plink);return 0;}else{while(ptmp -> pnext -> pnext != NULL){ptmp = ptmp -> pnext;}free(ptmp -> pnext);plink -> clen--;ptmp -> pnext = NULL;return 1;}
}这种删除数据的方法要找到尾部结点的前一个结点，故使用ptmp寻找它指向结点的下一结点的指向是否指向空指针；如果不是，则继续遍历、如果是，则解放当前指针指向结点的下一结点；同时要记得判断空链表与链表只有一个节点的情况；
4. 查找数据
查找数据时要遍历所有结点的数据域，然后输出找到的地址：
Node_t *find_tdata(Link_t *plink , Data_type_t n)
{Node_t *ptmp = plink->phead;while(ptmp != NULL){if(n == ptmp -> data){return ptmp;}ptmp = ptmp -> pnext;}return ptmp;}这个只需要先让指针指向第一个结点，后一一遍历比较即可。
5. 修改数据
修改数据可以直接调用查找数据的函数，然后直接改变其结点的数据域即可：
Node_t *find_tdata(Link_t *plink , Data_type_t n)
{Node_t *ptmp = plink->phead;while(ptmp != NULL){if(n == ptmp -> data){return ptmp;}ptmp = ptmp -> pnext;}return ptmp;}
int change_linkdata(Link_t *plink , Data_type_t oldata , Data_type_t newdata)
{Node_t*ptmp = find_tdata(plink , oldata);if(ptmp == NULL){return 0;}else{ptmp -> data = newdata;return 1;}
}6. 销毁链表
销毁链表不能直接使用free函数调用指向链表的指针plink，这样会导致剩余的结点的位置全部丢失，导致剩下很多结点的存储空间未被销毁。所以要先使用删除数据，销毁所有结点空间，后再进行销毁链表对象空间：
Link_t *destroy_link(Link_t *plink)
{int n;if(plink -> phead == NULL){free(plink);plink = NULL;return plink;}else{while(plink -> phead != NULL){n = delete_link(plink);if(n == 0){plink = NULL;return plink;}}}
}调用删除数据函数进行循环，直到链表变为空链表为止，后进行销毁；
以上就是和大家分享的内容！！！！单向链表的理解需要指针扎实的基础和结构体的应用，感谢你的阅读！！！！如有遗漏和错误，欢迎评论区进行批评和指正！！