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数据结构1-概要、单向链表

news 2025/8/3 10:55:43

摘要：介绍了数据结构中的链表实现。首先概述数据结构的基本概念，包括时间复杂度、空间复杂度等核心指标，以及数据结构的主要分类。重点讲解了链表的特点、分类及实现方法，详细剖析了单向链表的节点定义、创建、头插法、遍历和删除等关键操作，并提供了完整的C语言代码实现。文章还通过对比顺序链表与链表的优缺点，突出链表在动态内存管理方面的优势。最后给出链表操作的实践练习建议，包括多文件编程的实现方法。

一、概要

1、概念

数据结构是计算机存储、组织和管理数据的方式，旨在实现高效的数据访问和修改。它关注数据元素之间的逻辑关系、物理存储方式以及相关操作（如插入、删除、查找等）

程序 = 数据结构 + 算法

2、衡量代码的质量和效率

（1）时间复杂度：数据量的增长与程序运行时间的增长所呈现的比例函数关系，称为时间渐进复杂度函数，也简称时间复杂度。

常见的时间复杂度（低 -> 高）：
- O(1)：程序的运行时间与输入数据量无关，始终保持恒定
- O(logn)：程序的运行时间随输入数据量的增长而增长，但增长速度逐渐减慢，最终趋于恒定
- O(n)：程序的运行时间与输入数据量成正比
- O(nlogn)：程序的运行时间是线性时间和对数时间的乘积
- O(n^2)：程序的运行时间与输入数据量的平方成正比
- O(n^3)：程序的运行时间与输入数据量的立方成正比

（2）空间复杂度：数据的增长与程序占据空间的增长所呈现的比例函数关系，称为空间复杂度。

3、数据结构分类

（1）逻辑结构：

线性结构（表）、非线性结构（树）（图）

（2）存储结构：

顺序存储、链式存储、散列存储、索引存储

（3）常见的数据结构：

顺序表、链式表、顺序栈、链式栈、顺序队列、链式队列、二叉树、邻接表、邻接矩阵

二、链表

1、链表概念

（1）顺序链表(数组)特点：

存储空间连续
访问元素方便
无法利用小的空间，必须连续的大空间
顺序表元素必须为有限的（不存在无限连续的空间）
插入和删除效率低

（2）链表特点：

存储空间不需要连续
可以利用一些小的存储空间
访问元素不方便
链表元素可以没有上限
插入和删除效率高

2、链表分类

（1）单向链表：只能通过链表节点找到后一个节点，访问链表元素的方向是单向的

A → B → C → NULL

（2）双向链表：能够通过链表节点找到前一个节点和后一个节点

NULL ⇄ A ⇄ B ⇄ C ⇄ NULL

（3）循环列表：能够通过第一节点快速找到最后一个节点，能够通过最后一个节点快速找到第一个节

A → B → C → A (循环)

（4）内核链表：Linux内核所采用的一种通用的链表结构

三、单向链表

1、定义链表节点类型

（1）链表存放数据的类型

typedef int datatype；

定义了datatype为int类型，表明链表中存放的数据类型为整数

（2）链表节点类型

typedef struct node {
datatype data; //存放数据空间
struct node *pnext; //存放下一个节点地址
}linknode；

定义了一个名为node的结构体，用来表示链表中的节点。结构体中有两个成员：
data：用来存放数据，其类型为datatype。
pnext：是一个指向node结构体的指针，用来存放下一个节点的地址。
最后，node结构体被typedef定义为linknode类型，方便后续使用。

2、空链表的创建

（1）创建一个空的链表节点：

data不需要赋值（最好赋值），空白节点不存放数据，主要为了保证链表操作的便利性，pnext必须赋值为NULL，表示该节点为最后一个节点，将节点地址返回；

（2）代码如下：

/* 创建一个空链表 */
linknode *create_empty_linklist(void)
{
linknode *ptmpnode = NULL;
ptmpnode = malloc(sizeof(linknode));
if (NULL == ptmpnode)
{
perror("fail to malloc");
return NULL;
}
ptmpnode->pnext = NULL;
return ptmpnode；
}

3、链表的头插法：

（1）步骤：

申请新的节点空间
将存放的数据让入新申请的数据空间中
将新申请节点的pnext赋值为空白节点的pnext
将空白节点pnext赋值为新申请节点

（2）代码实现：

/* 插入一个节点 */
int insert_head_linklist(linknode *phead, datatype tmpdata)
{
linknode *ptmpnode = NULL;
ptmpnode = malloc(sizeof(linknode)); //申请空间
        if (NULL == ptmpnode)
{
perror("fail to malloc");
return -1;
}
ptmpnode->data = tmpdata;                         //存放数据

        ptmpnode->pnext = phead->pnext;          //存放下一个节点地址

        phead->pnext = ptmpnode; //更新空白的节点的pnext

        return 0;
}

4、链表元素遍历

（1）访问链表中每个节点元素

（2）两种方法：

/* 第一种方法遍历*/
while （p != NULL） // 指针p当前指向的是链表中的第一个节点
{
p = p -> pnext;
}
/* 第二种方法遍历*/
while （p ->pnext != NULL）
{
p = p -> pnext;
}

- 方法一：多用于遍历链表中所有节点元素

- 方法二：多用于找到链表最后一个节点

（3）代码实现：

void show_linklist(linknode *phead)
{
linknode *ptmpnode = NULL;
ptmpnode = phead->pnext;
while (ptmpnode != NULL)
{
printf("%d ", ptmpnode->data);
ptmpnode = ptmpnode->pnext;
}
printf("\n");

return;
}

5、链表元素删除

（1）步骤：

定义两个指针ptmpnode用来遍历链表查找要删除的节点元素，pprenode永远只想ptmpnode的前一个节点
当ptmpnode找到要删除的节点元素，让pprenode->pnext赋值为ptmpnode->pnext将要删除的节点元素释放
让ptmpnode判断下一个节点元素是否要删除，直到该指针指向NULL为止

（2）代码实现：

int delete_linklist(linknode *phead, datatype tmpdata)
{
linknode *pprenode = NULL;
linknode *ptmpnode = NULL;
pprenode = phead;
ptmpnode = phead->pnext;
while (ptmpnode != NULL)
{
if (ptmpnode->data == tmpdata)
{
pprenode->pnext = ptmpnode->pnext;
free(ptmpnode);
ptmpnode = pprenode->pnext;
}
else
{
ptmpnode = ptmpnode->pnext;
pprenode = pprenode->pnext;
}
}
return 0;
}