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数据结构——链表的基本操作

news 2025/9/11 10:01:33

链表

链表的存储结构

typedef struct Node{int data; // 数据域struct Node *next; // 指针域（就是和当前节点同类型的另一个节点）}Node;

链表初始化

  • 带头结点
// 一般都采用动态的方式去创建
// 初始化带头结点的链表
Node* InitNode(){Node* head = (Node*)malloc(sizeof(Node));head->next = NULL;return head;
}
  • 不带头结点
Node* InitNode(){return NULL;
}

链表的插入

注：下面的几个基本操作都是带头结点的

  • 按位置插入
// 表头插入
void InsertNode(Node* head, int e)
{// 检查头结点是否有效if(head == NULL){return;}Node* s = (Node*)malloc(sizeof(Node)); // 这里还可以加一步看是否初始化成功s->data = e; s->next = head->next;head->next = s;
}// 指定位置插入
// 思路：需要找到目标位置的前驱结点
void InsertNode(Node* head, int i, int e)
{// 检查头结点是否有效if(head == NULL){return;}Node* s = (Node*)malloc(sizeof(Node)); Node* p = head;int count = 0;while(p != NULL && count < i-1){p = p->next;count++;}s->data = e; s->next = p->next;p->next = s;	
}

链表的删除

// 按值删除
void DeleteNode(Node* head, int e)
{Node* p = head;while(p != NULL && p->next->data != e){p = p->next; // 待删除结点的前驱结点}if(p->next == NULL){printf("Not find.");return;}Node* temp = p->next;p->next = temp->next;free(temp);temp = NULL; // 避免野指针
}

链表的查找

  • 按值查找，返回位置
int FindNode(Node* head, int e)
{Node* p = head;int count = 1;while(p != NULL){if(p->data == e){return count}p = p->next; count++;}return -1 // 返回值是int类型
}

链表的修改

  • 按位置修改
void modifyNode(Node* head, int i, int e)
{Node* p = head;int count = 1;while(p != NULL && count < i){p = p->next;count++;}if(p == NULL){printf("Invalid location.");return;}p->data = e;
}

带头结点链表基本操作的完整代码

  • 在使用带头结点链表的过程中，一定要正确区分头节点和数据节点，请看下面错误示例
// 错误示例
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>typedef struct Node {int data; // 数据域struct Node* next; // 指针域
}Node;Node* InitNode() {Node* head = (Node*)malloc(sizeof(Node));head->next = NULL;return head;
}void InsertNode(Node** head, int i, int e)
{// 检查头结点是否有效if (head == NULL){return;}Node* s = (Node*)malloc(sizeof(Node));Node* p = *head;int count = 0;// 找到指定位置的前驱结点while (p != NULL && count < i - 1){p = p->next;count++;}s->data = e;s->next = p->next;p->next = s;
}//按值删除
void DeleteNode(Node** head, int e)
{Node* p = *head;while (p != NULL && p->next->data != e){p = p->next; // 待删除结点的前驱结点}if (p->next == NULL){printf("Not find.");return;}Node* temp = p->next;p->next = temp->next;free(temp);temp = NULL; // 避免野指针
}// 按位修改
void modifyNode(Node** head, int i, int e)
{Node* p = *head;int count = 1;while (p != NULL && count < i){p = p->next;count++;}if (p == NULL){printf("Invalid location.");return;}p->data = e;
}// 按值查找，返回位置
int FindNode(Node* head, int e)
{Node* p = head;int count = 1;while (p != NULL){if (p->data == e){printf("Find it at position %d\n", count);return count;}p = p->next;count++;}return -1; // 返回值是int类型
}void PrintNode(Node* head) {if (head == NULL) {printf("链表为空\n");return;}Node* p = head;printf("链表元素: ");while (p != NULL) {printf("%d ", p->data);p = p->next;}printf("\n");
}int main() {Node* head = InitNode(); // 初始化顺序表// 测试插入操作InsertNode(&head, 1, 10);InsertNode(&head, 2, 20);InsertNode(&head, 3, 30);PrintNode(head);DeleteNode(&head, 30);PrintNode(head);           // 应该输出: 10 20 modifyNode(&head, 2, 25);PrintNode(head);           // 应该输出: 10 25FindNode(head, 25); // 应该返回: 2return 0;
}

输出：
在这里插入图片描述
原因：

  1. 头节点的 data 未初始化，导致打印出随机垃圾值
  2. 插入、查找、修改等操作都错误地包含了头节点，导致位置计算偏移

正确代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>typedef struct Node {int data;          // 数据域struct Node* next; // 指针域
} Node;// 初始化带头节点的链表（头节点不存储实际数据）
Node* InitNode() {Node* head = (Node*)malloc(sizeof(Node));if (head == NULL) {printf("内存分配失败\n");return NULL;}head->next = NULL;  // 头节点的next初始化为NULL// 头节点数据域可以不用初始化（因为不使用）return head;
}// 在第i个位置插入元素e（i从1开始，从第一个数据节点计数）
void InsertNode(Node** head, int i, int e) {// 检查参数合法性if (head == NULL || *head == NULL || i < 1) {printf("插入失败：参数不合法或链表未初始化\n");return;}Node* s = (Node*)malloc(sizeof(Node));if (s == NULL) {printf("内存分配失败\n");return;}s->data = e;Node* p = *head;  // p指向头节点（前驱节点的起点）int count = 0;    // 头节点对应count=0，数据节点从count=1开始// 找到第i-1个数据节点的前驱（头节点或某个数据节点）while (p != NULL && count < i - 1) {p = p->next;count++;}if (p == NULL) {printf("插入位置超出链表长度\n");free(s);return;}// 插入新节点s->next = p->next;p->next = s;
}// 按值删除节点（删除第一个匹配的节点）
void DeleteNode(Node** head, int e) {if (head == NULL || *head == NULL || (*head)->next == NULL) {printf("删除失败：链表为空或未初始化\n");return;}Node* p = *head;  // p指向头节点（从这里开始查找前驱）// 查找待删除节点的前驱（停在待删除节点的前一个节点）while (p->next != NULL && p->next->data != e) {p = p->next;}if (p->next == NULL) {printf("未找到值为%d的节点\n", e);return;}// 删除节点Node* temp = p->next;p->next = temp->next;free(temp);temp = NULL;
}// 按位置修改节点值（i从1开始，从第一个数据节点计数）
void modifyNode(Node** head, int i, int e) {if (head == NULL || *head == NULL || (*head)->next == NULL || i < 1) {printf("修改失败：链表为空或位置不合法\n");return;}Node* p = (*head)->next;  // 直接指向第一个数据节点int count = 1;            // 数据节点从1开始计数// 找到第i个数据节点while (p != NULL && count < i) {p = p->next;count++;}if (p == NULL) {printf("修改位置超出链表长度\n");return;}p->data = e;  
}// 按值查找，返回位置（从1开始，从第一个数据节点计数）
int FindNode(Node* head, int e) {if (head == NULL || head->next == NULL) {printf("查找失败：链表为空\n");return -1;}Node* p = head->next;  // 跳过头节点，从第一个数据节点开始int count = 1;         // 数据节点从1开始计数while (p != NULL) {if (p->data == e) {printf("Find it at position %d\n", count);return count;}p = p->next;count++;}printf("未找到值为%d的节点\n", e);return -1;
}// 打印所有数据节点（跳过头节点）
void PrintNode(Node* head) {if (head == NULL || head->next == NULL) {printf("链表为空\n");return;}Node* p = head->next;  // 跳过头节点，从第一个数据节点开始打印printf("链表元素: ");while (p != NULL) {printf("%d ", p->data);p = p->next;}printf("\n");
}int main() {Node* head = InitNode();  // 初始化带头节点的链表// 测试插入操作InsertNode(&head, 1, 10);  // 位置1插入10InsertNode(&head, 2, 20);  // 位置2插入20InsertNode(&head, 3, 30);  // 位置3插入30PrintNode(head);           // 输出：链表元素: 10 20 30// 测试删除操作DeleteNode(&head, 30);PrintNode(head);           // 输出：链表元素: 10 20// 测试修改操作modifyNode(&head, 2, 25);PrintNode(head);           // 输出：链表元素: 10 25// 测试查找操作FindNode(head, 25);        // 输出：Find it at position 2return 0;
}

注：这里再说明一个问题：

head == NULL || *head == NULL

这个检查是很有必要的，是对两种错误场景进行检查

  1. head == NULL：表示传递给函数的二级指针本身就是无效的（比如调用者错误地传入了 NULL 作为参数，如 InsertNode(NULL, 1, 10)）。这种情况下，连 head 都不能访问（会直接触发空指针解引用错误），必须优先检查。
  2. head == NULL：表示二级指针 head 本身有效（非空），但它指向的头节点指针是无效的（比如链表未初始化）。这种情况下，head 是合法指针，但 head 是空指针，需要单独处理。

无头结点链表的增删改查

  • 注：这里使用了二级指针，不同于之前的顺序表，其操作的是结构体，当我们传递SqList* L（一级指针）时，已经可以通过指针访问并修改结构体内部的所有成员（数组和长度）
  • 而链表为什么使用二级指针的原因是：C语言的函数参数传递是值传递—函数接收的是参数的副本，而非参数，所以如果使用一级指针（Node*）作为参数，函数内部修改的只是头指针的副本，无法影响外部实际的头指针。只有通过二级指针（Node**），才能真正修改外部头指针的指向
// 错误示例：使用一级指针
void InsertAtHead(Node* head, int value) {Node* newNode = createNode(value);newNode->next = head;head = newNode;  // 这里修改的只是函数内部的副本，外部头指针不变
}// 正确示例：使用二级指针
void InsertAtHead(Node** head, int value) {Node* newNode = createNode(value);newNode->next = *head;  // *head表示外部的头指针*head = newNode;        // 直接修改外部头指针的指向
}
  • 如果操作会改变头指针的指向，就必须用二级指针；如果只是修改节点内部的数据或 next 指针，一级指针就足够了

完整代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>typedef struct Node {int data; // 数据域struct Node* next; // 指针域
}Node;Node* InitNode() {return NULL;
}// 使用二级指针才能修改头指针
void InsertNode(Node** head, int i, int e)
{// 判断位置是否合法while (i < 1){return;}Node* s = (Node*)malloc(sizeof(Node));s->data = e;// 表头插入if (i == 1){s->next = *head;*head = s;return;}Node* p = *head;int count = 1;while (p != NULL && count < i - 1){p = p->next;count++;}if (p == NULL) {printf("插入位置超出链表长度\n");free(s);  // 释放已分配的内存return;}s->next = p->next;p->next = s;return;}//按值删除
void DeleteNode(Node** head, int e)
{// 处理空链表if(*head == NULL){printf("Empty list.");return;}Node* p = *head;Node* prev = NULL;// 查找要删除的结点及其前驱结点while (p != NULL && p->data != e){prev = p;p = p->next;}// 未找到if(p == NULL){printf("Not find.");return;}// 处理头结点的删除if(prev == NULL){*head = p->next;}else {prev->next = p->next;}free(p);p = NULL; // 避免野指针
}// 按位修改
bool UpdateNodeByIndex(Node** head, int i, int e)
{if(*head == NULL || i < 1){printf("Empty list or invalid position.");return false;}Node* p = *head;int count = 1;while(p != NULL && count < i){p = p->next;count++;}p->data = e;return true;
}void PrintNode(Node* head) {if (head == NULL) {printf("链表为空\n");return;}Node* p = head;printf("链表元素: ");while (p != NULL) {printf("%d ", p->data);p = p->next;}printf("\n");
}int main() {Node* head = InitNode(); // 初始化顺序表// 测试插入操作InsertNode(&head, 1, 10);InsertNode(&head, 2, 20);InsertNode(&head, 3, 30);PrintNode(head);DeleteNode(&head, 30);PrintNode(head);           // 应该输出: 10 20 UpdateNodeByIndex(&head, 2, 25);PrintNode(head);           // 应该输出: 10 25return 0;
}

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