顺序表必须占用一块事先分配好的、大小固定的存储空间,不便于存储空间的管理,为此有人提出可以实现存储空间的动态管理,即链式存储方式——链表。
本篇文章将学习下什么是链表,以及链表的实现。
链表存储的原理
和顺序存储不同,在链式存储中,结点之间的存储单元地址可能是不连续的。链式存储中每个结点都包含了两个部分:
存储元素本身的数据域
存储结点地址的指针域
我们在前边讲解连式存储时,提到了一些链式存储的原理,结点中的指针指向的是下一个结点,如果结点中只有指向后继结点的指针,那么这些结点组成的链表成为单向链表。
还是来张图复习一下撒
一般在链表中也会有一个头结点来保存链表信息,然后有一个指针指向下一个结点,下一个结点又指向他后边的一个结点,如果这个指针没有后继结点,那么他就指向NULL。
在链表中,这些存储单元可以是不连续的,因此他可以提高空间利用率。当需要存储元素时,哪里有空闲的空间就在哪里分配,只要将分配的空间地址保存到上一个结点就可以。这样通过访问上一个元素就能找到后一个元素。
挡在链表中某一个位置插入元素时,从空闲空间中为该元素分配一个存储单元,然后将两个结点之间的指针断开,上一个结点的指针指向新分配的存储单元,新分配的结点中指针指向下一个结点。这样不需要移动原来元素的位置,效率比较高。同样,当删除链表中的某个元素时,就断开它与前后两个结点的指针,然后他的前后两个结点连接起来,同样也不需要移动原来元素的位置。与顺序表相比,在插入、删除元素方面,链表的效率要比顺序表高许多。
但是,随机查找元素时,由于链表没有像顺序表的索引标注,存储单元的空间并不连续,如果要查找某一个元素,必须先得经过他的上一个结点中的地址才能找到他,因此不管遍历哪一个元素,都必须要把他前面的那个元素都遍历后才能找到他,效率就不如顺序表的高了。
总结一句话,链表增删元素的效率比较高,但是查找元素的效率就比顺序表低了。
链式存储的实现
链表的几种操作与顺序表差不多,也是增删改查等操作,接下来我们实现一个链表。
1、创建链表(根据上图的单向链表创建)
在创建链表时,头结点中保存链表的信息,则需要创建一个结构体struct,在其中定义链表的信息与指向下一结点的指针。代码如下:
struct Header{ //头结点
int length;//记录链表的长度
struct Node * next;//指向第一个结点的指针
}
存储元素结点包含两部分内容:数据域和指针域,则也需要再定义一个struct,代码如下:
struct Node{//结点
int data;//数据域
struct Node * next;//指向下一个结点的指针
}
这样头结点与数据结点均已定义,为了使用方便,将两个struct用typedef重新定义新的名称,代码如下
typedef struct Node List;//把struct Node重命名为List
typedef struct Header pHead;//把struct Header 重命名为pHead
创建链表要比创建顺序表简单一些。
顺序表中需要先为头结点分配空间,其次为数组分配一段连续空间,将这段连续空间地址保存在头结点中,然后往其中存储数据。
而创建链表时,只需要创建一个头结点,每存储一个元素就分配一个存储单元,然后将存储单元的地址保存在上一个结点的指针中即可,不需要再创建时把所有空间都分配好。
ok,我们把两个结构体定义好之后,就可以创建链表了,创建链表的代码如下:
pHead * createList(){//pHead 是struct Header的别名,是头结点类型
pHead * ph=(pHead *)malloc(sizeof(pHead));//为头结点分配内存
ph->lenght=0;//为头结点初始化
ph->next=NULL;
return ph;//将头结点地址返回
}
2、获取链表大小
链表大小等信息也保存在头结点中,因此需要从头结点中获取即可,也是很简单的:
int Size(pHead * ph){
if(ph==NULL){
printf(“参数传入有误”);
return 0;
}
return ph->length;
}
3、插入元素
在链表中插入元素要比在顺序表中快,只需要将插入位置前后指针断开,然后让前元素指针指向新元素,新元素指针指向后元素即可。
插入元素示意图
代码如下:
int insert(pHead *ph,int pos,int val){
if(ph==NULL||pos<0||pos>ph->length){
printf("参数传入有误");
return 0;
}
//在向链表中插入元素时,先要找到这个位置
//先分配一块内存给要插入的数据
List * pval=(List *)malloc(sizeof(List));
pval->data=val;
//当前指针指向头结点后的第一个节点
List * pCur=ph->next;
//如果要插入的位置是0
if(pos==0){
ph->next=pval;
pval->next=pCur;
}
else{
//通过for循环找到要插入的位置
for(int i=1;i<pos;i++){
pCur=pCur->next;
}
//指针重指
pval->next=pCur->next;
pCur->next=pval;
}
//由于增加了一个元素,所以长度加一
ph->length++;
return 1;
}
4、查找某个元素
查找链表中的某个元素,其效率没有顺序表高,因为不管查找的元素在哪个位置,都需要将她前边的那个元素都完全遍历才能找到。查找元素的代码如下:
List * find(pHead * ph,int val){
if(ph==NULL){
printf("传入参数有误\n");
return NULL;
}
//遍历链表来查找元素,从第一个元素开始遍历
LIst * pTmp=ph->next;
do{
if(pTmp->data==val){
//一旦发现有符合条件的值,直接返回
return pTmp;
}
//让循环动起来
pTmp=pTmp->next;
}
//如果到最后都没找到符合条件的结点,说明没有
while(pTmp->next!=NULL);
printf("没有职位%d的元素“,val);
return NULL;
}
5、删除元素
再删除元素时,首相将被删除元素与上下结点之间的连接断开,然后将这两个上下结点重新连接,这样元素就从链表中成功删除了。示意图如下
我们看到,从链表中删除元素,也不需要移动其他元素,效率也比较高,我们看下代码吧
LIst * Delete(pHead * ph,int val){
if(ph==NULL){
printf("链表传入错误!");
return NULL;
}
//找到val值所在的结点,这里调用了上方查找的方法
List * pval=find(ph,val);
if(pval==NULL){
printf("没有值为%d的元素!",val);
return NULL;
}
//遍历链表找到要删除的结点,并找出其前驱和后继结点
List * pRe=ph-next;
List * pCur=NULL;
//判断特殊情况:如果要删除的元素是第一个结点
if(pRe->data==val){
ph->next=pRe->next;
ph->length--;
return pRe;
}
//排查特殊情况之后
else{
for(int i=0;i<ph->length;i++){
pCur=pRe->next;
if(pCur->data==val){
//执行上方图例操作
pRe->next=pCur->next;
ph->length--;
return pCur;
}
//延续循环遍历
pRe=pRe->next;
}
}
}
6、销毁链表
销毁链表时,将链表的每个结点元素释放。头结点可以释放,也可以保留,并将其置为初始化状态。代码如下:
void Destory(pHead * ph){
List * pCur=ph->next;
List * pTmp;
if(ph==NULL){
printf("参数传递有误!”):
}
while(pCur->next!=NULL){
pTmp=pCur->next;
//将结点释放
free(pCur);
pCur=pTmp;
}
//将头结点置为初始化状态
ph->length=0;
ph->next=NULL;
}
在本例中,没有释放头结点,只是将头结点中的信息置为初始化状态了。
7、遍历打印链表
实现出链表的遍历打印函数,代码如下:
void print(pHead * ph){
if(ph==NULL){
printf(“参数传递有误!”);
}
List * pTmp=ph->next;
while(pTmp!=NULL){
printf("%d",pTmp->data);
pTmp=pTmp->next;
}
printf("\n");
}
至此,链表基本的操作都已实现。
现在我们对于线性表的一些相关知识:原理及实现方式,应该有了一定的认识了,其实只要了解了其中的存储原理,思路清晰,代码实现并不难。
掌握了这两个最基本的线性表,对接下来我们学习其他数据结构会有很大帮助。
谢谢关注~~