次序表与链表·续

引言

本文承接上文（次序表与链表-CSDN博客），开始对链表的要点提炼。前文提到次序表得当需要频仍随机访问且数据量固定的场景，而链表得当需要频仍插入和删除且数据量动态厘革的场景。链表的引入弥补了次序表在动态性和操纵服从上的不敷，是线性表的告急实现方式之一。
链表

概念

   链表是一种  物理存储结构上非连续  、非次序的存储结构，数据元素的  逻辑次序  是通过链表     中的  指针链接  实现的 。            

         链表结构              容易发现链表结构在逻辑上连续，但物理上不一定连续，一样平常链表的节点从堆上申请的，每次申请的空间是否连续是不确定的。   分类

链表的分类可以根据以下维度进行：

• 单向或双向：决定节点的指针数量和遍历方向。
  
• 带头或不带头：决定是否有额外的头节点简化操纵。
  
• 循环或不循环：决定链表是否形成环。
  

通过组合这些维度，可以设计出得当不同场景的链表结构。例如：

• 带头单向循环链表：得当实现队列。
  
• 带头双向循环链表：得当需要双向遍历且操纵简化的场景。
  

  而我们常遇到的主要是不带头单向非循环链表和带头双向循环链表（以下图例分别对应这两种链表）
      

       不带头单向非循环链表            

       带头双向循环链表        

实现

无头单向非循环链表的简单实现

1. //"slist.h"
2. #pragma once
3. #include<stdio.h>
4. #include<stdlib.h>
5. #include<assert.h>
7. typedef int SLTDateType;
9. typedef struct SListNode
10. {
11.         SLTDateType data;
12.         struct SListNode* next;
13. }SListNode;
15. // 动态申请一个节点
16. SListNode* BuySListNode(SLTDateType x)
17. {
18.         SListNode* newnode = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode));
19.         if (newnode == NULL)
20.         {
21.                 perror("malloc fail");
22.                 exit(-1);
23.         }
24.         newnode->data = x;
25.         newnode->next = NULL;
26.         return newnode;
27. }
29. // 单链表打印
30. void SListPrint(SListNode* plist)
31. {
32.         SListNode* cur = plist;
33.         while (cur != NULL)
34.         {
35.                 printf("%d->", cur->data);
36.                 cur = cur->next;
37.         }
38.         printf("NULL\n");
39. }
41. // 单链表尾插
42. void SListPushBack(SListNode** pplist, SLTDateType x)
43. {
44.         SListNode* newnode = BuySListNode(x);
46.         if (*pplist == NULL) {
47.                 *pplist = newnode;
48.         }
49.         else
50.         {
51.                 SListNode* tail = *pplist;
52.                 while (tail->next!=NULL)
53.                 {
54.                         tail = tail->next;
55.                 }
56.                 tail->next = newnode;
57.                
58.         }
60. }
61. // 单链表的头插
62. void SListPushFront(SListNode** pplist, SLTDateType x)
63. {
64.         SListNode* newnode = BuySListNode(x);
65.         newnode->next = *pplist;
66.         *pplist = newnode;
68. }
71. // 单链表的尾删
72. void SListPopBack(SListNode** pplist)
73. {
74.         assert(pplist);
75.         assert(*pplist);
77.         //一个节点
78.         if ((*pplist)->next == NULL) {
79.                 free(*pplist);
80.                 *pplist = NULL;
81.         }
83.         //多个节点
84.         SListNode* tail = *pplist;
85.         while (tail->next->next!=NULL)
86.         {
87.                 tail = tail->next;
88.         }
89.         free(tail->next);
90.         tail->next = NULL;
92. }
93. void SListPopFront(SListNode** pplist) {
94.         // 防御性检查：拦截非法输入
95.         if (pplist == NULL) {
96.                 fprintf(stderr, "Error: Invalid pointer in SListPopFront\n");
97.                 return;
98.         }
100.         // 业务逻辑检查：空链表直接返回
101.         if (*pplist == NULL) {
102.                 return;
103.         }
105.         SListNode* tmp = *pplist;
106.         *pplist = tmp->next;
107.         free(tmp);
108. }
110. // 单链表查找
111. SListNode* SListFind(SListNode* plist, SLTDateType x)
112. {
113.         SListNode* cur = plist;
114.         while (cur) {
115.                 if (cur->data == x) {
116.                         return cur;
117.                 }
118.                 cur = cur->next;
119.         }
120.         return NULL;
121. }
122. // 单链表在pos位置之后插入x
123. // 分析思考为什么不在pos位置之前插入？  
125. // 因为没有前置指针
126. // 若要在 pos 之前插入，必须从头节点开始遍历链表找到 pos 的前驱节点，时间复杂度为 O(n)
127. void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLTDateType x)
128. {
129.         if (pos == NULL) return;
130.         SListNode* newNode = BuySListNode(x);
131.         newNode->next = pos->next;
132.         pos->next = newNode;
133. }
134. // 单链表删除pos位置之后的值
135. // 分析思考为什么不删除pos位置？
137. //删除 pos 节点需要知道其前驱节点，而单链表无法直接获取前驱节点
138. // 必须从头遍历链表，时间复杂度为O(n)，删除 pos 之后的节点只需修改 pos->next，时间复杂度为O(1)。
140. void SListEraseAfter(SListNode* pos)
141. {
142.         if (pos == NULL || pos->next == NULL) return;
143.         SListNode* tmp = pos->next;
144.         pos->next = tmp->next;
145.         free(tmp);
146. }
148. // 在pos的前面插入
149. void SLTInsert(SListNode** pphead, SListNode* pos, SLTDateType x)
150. {
151.         assert(pphead);
152.         assert(pos);
153.         assert(*pphead);
154.         if (*pphead == pos) SListPushFront(pphead,x);
155.         else
156.         {
157.                 SListNode* prev = *pphead;
158.                 while (prev->next!=pos)
159.                 {
160.                         prev = prev->next;
161.                 }
162.                 SListNode* newnode=BuySListNode(x);
163.                 prev->next = newnode;
164.                 newnode->next = pos;
166.         }
167. }
169. // 删除pos位置
170. void SLTErase(SListNode** pphead, SListNode* pos)
171. {
172.         assert(pphead);
173.         assert(*pphead);
174.         assert(pos);
176.         if (*pphead == pos)
177.         {
178.                 // 头删
179.                 SListPopFront(pphead);
180.         }
181.         else
182.         {
183.                 SListNode* prev = *pphead;
184.                 while (prev->next != pos)
185.                 {
186.                         prev = prev->next;
187.                 }
188.                 prev->next = pos->next;
189.                 free(pos);
190.                 pos = NULL;
191.         }
192. }
194. void SLTDestroy(SListNode** pphead)
195. {
196.         assert(pphead);
197.         SListNode* cur = *pphead;
198.         while (cur) {
199.                 SListNode* tmp = cur;
200.                 cur = cur->next;
201.                 free(tmp);
202.         }
203.         *pphead = NULL;
204. }

复制代码

关键点说明

• 二级指针的利用：
  
  
  
  • 修改头指针时（如插入/删除头节点），需通过二级指针 pplist 修改一级指针 *pplist。
    
  • 示例：SListPushFront 和 SListPopFront 直接修改头指针。
    
  
  
• 边界条件处理惩罚：
  
  
  
  • 空链表、单节点链表、尾节点/头节点操纵需特殊处理惩罚。
    
  • 例如 SListPopBack 中需处理惩罚链表只有一个节点的环境。
    
  
  
• 时间复杂度：
  
  
  
  • 头插/头删：O(1)/O(1)
    
  • 尾插/尾删：O(n)/O(n)
    
  • 插入/删除指定位置：平均 O(n)/O(n)（需遍历找到位置）
    
  
  
• 内存管理：
  
  
  
  • 每次 malloc 后需检查内存分配是否成功。
    
  • 删除节点后需及时 free 防止内存泄漏。
    
  
  

  若需要频仍在恣意位置前插入或删除，最好利用双向链表，它可以通过前驱指针直接操纵，时间复杂度为 O(1)/O(1)。

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