C語言怎么實(shí)現(xiàn)線性動(dòng)態(tài)單向鏈表

本篇內(nèi)容主要講解“C語言怎么實(shí)現(xiàn)線性動(dòng)態(tài)單向鏈表”，感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡單快捷，實(shí)用性強(qiáng)。下面就讓小編來帶大家學(xué)習(xí)“C語言怎么實(shí)現(xiàn)線性動(dòng)態(tài)單向鏈表”吧!

什么是鏈表

鏈表是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)里面的一種，線性鏈表是鏈表的一種，線性鏈表的延伸有雙向鏈表和環(huán)形鏈表。在編程語言中優(yōu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以在處理大數(shù)據(jù)時(shí)大大降低程序的空間復(fù)雜性和時(shí)間復(fù)雜性。這里我只用一個(gè)簡單的例子——線性單向鏈表為例，說明C語言是如何實(shí)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)的。

鏈表的元素是由結(jié)構(gòu)體來實(shí)現(xiàn)struct table *p。結(jié)構(gòu)體中有一個(gè)成員是結(jié)構(gòu)體指針struct table *next，而這個(gè)結(jié)構(gòu)體指針的類型和此結(jié)構(gòu)體類型相同。除鏈表最后一個(gè)元素外，每一個(gè)結(jié)構(gòu)體的指針都指向鏈表中下一個(gè)元素的結(jié)構(gòu)體，最后一個(gè)元素的結(jié)構(gòu)體指針為空(NULL)。保存鏈表時(shí)，只需要記錄下鏈表的頭指針，即鏈表中第一個(gè)結(jié)構(gòu)體的地址即可。添加一個(gè)鏈表元素時(shí)，都需要單獨(dú)申請一段內(nèi)存；刪除時(shí)則將其釋放掉。在查找鏈表時(shí)，只需要順著結(jié)構(gòu)體指針的順序一個(gè)一個(gè)往下查找，直到查找的結(jié)構(gòu)體中的成員指針。以下是一個(gè)鏈表結(jié)構(gòu)的示意：

struct Student{
int ID;//學(xué)號(hào)
char[20];//姓名
int marks[5];//5門考試的成績
struct Student *next;//指向下一個(gè)結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)體指針
}

為什么不用結(jié)構(gòu)體數(shù)組

有人會(huì)有問為什么不直接用一個(gè)結(jié)構(gòu)體數(shù)組代替鏈表，結(jié)構(gòu)體數(shù)組占據(jù)的內(nèi)存空間是連續(xù)的，如果使用malloc指令一樣可以動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)，而且連續(xù)的內(nèi)存空間肯定比不確定的內(nèi)存空間效果要好。但是如果對一個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)組插入或者刪除元素的話，它后面的所有元素都需要變動(dòng)位置，因此修改數(shù)組會(huì)比鏈表要難的多。但它的優(yōu)點(diǎn)在于查找方式很靈活，每一個(gè)元素相對于數(shù)組首元素地址都有一個(gè)偏移量i，因此對于數(shù)組來說既可以順向查找也可以反向查找，還可以二分法查找。

由于鏈表的每一個(gè)元素都有一段內(nèi)存，這些內(nèi)存未必是連續(xù)的，加上鏈表本身會(huì)比結(jié)構(gòu)體數(shù)組多一個(gè)指向下一個(gè)元素的結(jié)構(gòu)體指針，因此從節(jié)省內(nèi)存的角度看鏈表是不如數(shù)組的。但是鏈表刪除元素的時(shí)候(假設(shè)這個(gè)元素是a[k])只需要a[k-1]的next指針指向a[k+1]，再把a(bǔ)[k]的內(nèi)存釋放即可，非常方便；插入元素的時(shí)候(假設(shè)這個(gè)元素是a[n])，只需要a[n-1]的next指針指向a[n]再將a[n]的指針指向a[n+1]即可，相比于數(shù)組來說只修改了兩個(gè)元素，速度快而且非常方便。

鏈表的操作

鏈表的操作分為——創(chuàng)建表、插入元素、刪除元素、清空表、查找表、打印表。其中插入/刪除的元素可以是一個(gè)也可以說多個(gè)。鏈表從存儲(chǔ)類型上來分可以分為靜態(tài)鏈表和動(dòng)態(tài)鏈表，靜態(tài)鏈表是事先編寫好的鏈表，占用的內(nèi)存是靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)的內(nèi)存，使用時(shí)不可以對其中的元素進(jìn)行刪減，只能查找；動(dòng)態(tài)鏈表是按照程序要求生成的鏈表，存放于動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)區(qū)，結(jié)構(gòu)比較靈活，每一個(gè)元素都占據(jù)一部分存儲(chǔ)空間，如果要?jiǎng)h除元素，則釋放該位置的內(nèi)存；如果要添加元素，則申請一個(gè)結(jié)構(gòu)體內(nèi)存區(qū)的內(nèi)存。

創(chuàng)建表

創(chuàng)建鏈表需要兩個(gè)指針，一個(gè)作為先行指針(*p1)，開辟內(nèi)存并保存結(jié)構(gòu)體的值;一個(gè)作為緩存指針(*p2)，保留先行指針的所有值并且將它的next指向先行指針。構(gòu)建鏈表時(shí)，先行指針賦一個(gè)值，后行指針保存一個(gè)值并且后行指針的next指向先行指針。賦值終止時(shí)，先行指針的next指向NULL，同時(shí)將先行指針賦值給后行指針，鏈表即構(gòu)建完畢
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struct Student * input()
{
	struct Student *p1,*p2,*head=NULL; 
	printf("************************動(dòng)態(tài)鏈表實(shí)驗(yàn)***********************\n【輸入動(dòng)態(tài)鏈表】\n");
	printf("請依次輸入學(xué)號(hào)	姓名  身高(cm)  體重(kg)（用空格間隔，學(xué)號(hào)輸入0結(jié)束）:\n");
	p2=p1=(struct Student *)malloc(LEN);//開辟內(nèi)存 
	scanf("%d %s %f %f",&p1->ID,&p1->name,&p1->height,&p1->weight);
	if(p1->ID==0)return(head);
	else head=p1;
	while(p1->ID!=0)
	{
		p2->next=p1;
		p2=p1;
		p2->BMI=(float)p2->weight/(p2->height/100)/(p2->height/100);//求BMI指數(shù) 
		p1=(struct Student *)malloc(LEN);//開辟內(nèi)存 
		scanf("%d %s %f %f",&p1->ID,&p1->name,&p1->height,&p1->weight);
	}
	p2->next=NULL;
	return(head);//返回鏈表頭指針 
}

刪除元素

刪除元素鏈表的第n個(gè)元素只需要將第n-1個(gè)元素的next指針指向第n+1個(gè)元素，再將第n個(gè)元素的內(nèi)存釋放即可,我這里是寫的其中一個(gè)例子，根據(jù)關(guān)鍵字學(xué)號(hào)（int stdID）刪除表中的某個(gè)元素，同時(shí)返回刪除后的鏈表首地址（如果刪的是第一個(gè)元素，則鏈表首地址會(huì)變）
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struct Student *delate(struct Student *head,int stdID)
{
	struct Student *p1,*p2;
	if(head->ID==stdID)
	{
		p1=head->next;
		free(head);
		return p1;
	}//如果刪除的是第一個(gè)元素，比較特殊，需要修改頭指針，其余不動(dòng)
	//剩余幾種情況都是修改next結(jié)構(gòu)體指針 
	for(p1=head;p1!=NULL;p2=p1,p1=p1->next)//p1指針和p2指針同時(shí)查找,p1指向當(dāng)前的學(xué)生，p2保指向了上一個(gè)學(xué)生 
	{
		if(p1->ID==stdID)
		{
		 	p2->next=p1->next;//假設(shè)找到了需要?jiǎng)h除的學(xué)生的學(xué)號(hào)，則讓它上一個(gè)學(xué)生的指針指向跳過他的下一個(gè)學(xué)生 
		 	free(p1);
		 	return head; 
		}
	}
	return NULL;//返回NULL代表沒找到 
}

插入元素

插入元素的原理是，假設(shè)要在第n個(gè)元素前插入一個(gè)元素。首先判斷它是不是首元素，如果是，則修改頭指針指向該元素，并將該元素的next指向原來的頭指針。如果不是首元素，是第k個(gè)元素之前插入一個(gè)元素，則將第k-1個(gè)元素的next指針指向插入元素（或者子表）的地址（或者頭指針），將插入元素的next指針（或尾指針）指向第k個(gè)元素。本示例代碼是根據(jù)一個(gè)學(xué)號(hào)（主要關(guān)鍵字）插入一個(gè)元素（或者子表）的函數(shù)，返回鏈表的首地址（因?yàn)槿绻诘谝粋€(gè)元素前面插入，可能改變鏈表的首地址）。
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struct Student *insert(struct Student *head,int stdID,struct Student *insertstd)
{
	struct Student *p1,*p2,*p;
	for(p=insertstd;p->next!=NULL;p=p->next);//找到insert鏈表的最后一個(gè)元素 
	if(head->ID==stdID)
	{
		p->next=head;
		return insertstd;
	}

	for(p1=head;p1!=NULL;p2=p1,p1=p1->next)
	{
		if(p1->ID==stdID)
		{
			p2->next=insertstd;
			p->next=p1;
			return head; 
		}
	}
	return NULL; 
}

代碼及運(yùn)行結(jié)果

完整代碼及注釋如下：
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#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include <stdbool.h>
#define LEN sizeof(struct Student)//定義結(jié)構(gòu)體變量的大小為符號(hào)常量LEN 
struct Student{
	int ID;//學(xué)號(hào) 
	char name[20];//姓名 
	float height;//身高 
	float weight;//體重
	float BMI;//BMI指數(shù)，錄入時(shí)不需要計(jì)算 
	struct Student *next;//指向下一個(gè)結(jié)構(gòu)體 
};
struct Student *input();//輸入函數(shù) 
void output(struct Student * head);//輸出函數(shù) 
struct Student *delate(struct Student *head,int stdID);//刪除一個(gè)元素，返回刪除后表的頭指針 
struct Student *insert(struct Student *head,int stdID,struct Student *insertstd);//返回插入元素（子表）后的頭指針 
int append(struct Student *head);//插入一個(gè)鏈表，從input函數(shù)輸入 
struct Student *isexist(struct Student *head,int stdID);
int main()
{
	struct Student *present;//當(dāng)前鏈表的頭指針 
	int choice;
	bool next;
	int stdID;
	/* 
	1：插入一個(gè)元素
	2：刪除一個(gè)元素
	3：續(xù)表 
	4：查找表 
	*/ 
	printf("**********動(dòng)態(tài)鏈表實(shí)驗(yàn)**********\n初始化一個(gè)鏈表：\n");
	present=input();//當(dāng)前的鏈表指針
	do{
		printf("請選擇:\n|1：插入元素(子表)\n|2：刪除元素\n|3：續(xù)表\n|4：查找表\n");
		scanf("%d",&choice); 
		switch(choice)	
		{
			case 1:
				printf("請輸入插入地點(diǎn)的后一個(gè)同學(xué)的學(xué)號(hào): ");
				scanf("%d",&stdID);
				if(isexist(present,stdID)==NULL)
				{
					printf("該學(xué)生不存在!\n");
					break;//退出switch語句 
				}
				present=insert(present,stdID,input());
				printf("插入元素后的鏈表為:\n");	
				output(present);
				break;
			case 2:
				printf("請輸入刪除元素的學(xué)號(hào):  ");
				scanf("%d",&stdID);
				if(isexist(present,stdID)==NULL)
				{
					printf("該學(xué)生不存在!\n");
					break;//退出switch語句 
				}
				present=delate(present,stdID);
				printf("刪除后的鏈表為:\n"); 	
				output(present);
				break;
			case 3:
				append(present);
				printf("續(xù)表后的鏈表為：\n");
				output(present);
				break;
			case 4:
				printf("當(dāng)前鏈表為：\n"); 
				output(present);
				break;
		}
		printf("是否繼續(xù)(Yes:1,No:0):  ");
		scanf("%d",&next);
		fflush(stdin);
	}while(next);

	 
	return 0;	
} 
struct Student * input()
{
	struct Student *p1,*p2,*head=NULL; 
	printf("************************動(dòng)態(tài)鏈表實(shí)驗(yàn)***********************\n【輸入動(dòng)態(tài)鏈表】\n");
	printf("請依次輸入學(xué)號(hào)	姓名  身高(cm)  體重(kg)（用空格間隔，學(xué)號(hào)輸入0結(jié)束）:\n");
	p2=p1=(struct Student *)malloc(LEN);//開辟內(nèi)存 
	scanf("%d %s %f %f",&p1->ID,&p1->name,&p1->height,&p1->weight);
	if(p1->ID==0)return(head);
	else head=p1;
	while(p1->ID!=0)
	{
		p2->next=p1;
		p2=p1;
		p2->BMI=(float)p2->weight/(p2->height/100)/(p2->height/100);//求BMI指數(shù) 
		p1=(struct Student *)malloc(LEN);//開辟內(nèi)存 
		scanf("%d %s %f %f",&p1->ID,&p1->name,&p1->height,&p1->weight);
	}
	p2->next=NULL;
	return(head);//返回鏈表頭指針 
}
void output(struct Student *head)
{
	struct Student *p;
	int num=1;
	p=head;//將頭指針地址傳給p 
	printf("【輸出動(dòng)態(tài)鏈表】\n");
	printf("|學(xué)號(hào)\t\t|姓名\t|身高\(yùn)t|體重\t|BMI\n");
	while(p!=NULL)
	{
		printf("%3d|%08d\t|%s\t|%5.2f\t|%5.2f\t|%lf\n",num++,p->ID,p->name,p->height,p->weight,p->BMI);
		p=p->next;
	}
}
struct Student *delate(struct Student *head,int stdID)
{
	struct Student *p1,*p2;
	if(head->ID==stdID)
	{
		p1=head->next;
		free(head);
		return p1;
	}//如果刪除的是第一個(gè)元素，比較特殊，需要修改頭指針，其余不動(dòng)
	//剩余幾種情況都是修改next結(jié)構(gòu)體指針 
	for(p1=head;p1!=NULL;p2=p1,p1=p1->next)//p1指針和p2指針同時(shí)查找,p1指向當(dāng)前的學(xué)生，p2保指向了上一個(gè)學(xué)生 
	{
		if(p1->ID==stdID)
		{
		 	p2->next=p1->next;//假設(shè)找到了需要?jiǎng)h除的學(xué)生的學(xué)號(hào)，則讓它上一個(gè)學(xué)生的指針指向跳過他的下一個(gè)學(xué)生 
		 	free(p1);
		 	return head; 
		}
	}
	return NULL;//返回NULL代表沒找到 
}
struct Student *insert(struct Student *head,int stdID,struct Student *insertstd)
{
	struct Student *p1,*p2,*p;
	for(p=insertstd;p->next!=NULL;p=p->next);//找到insert鏈表的最后一個(gè)元素 
	if(head->ID==stdID)
	{
		p->next=head;
		return insertstd;
	}

	for(p1=head;p1!=NULL;p2=p1,p1=p1->next)
	{
		if(p1->ID==stdID)
		{
			p2->next=insertstd;
			p->next=p1;
			return head; 
		}
	}
	return NULL; 
}
int append(struct Student *head)//插入一個(gè)鏈表，從input函數(shù)輸入 
{
	struct Student *p;
	for(p=head;p->next!=NULL;p=p->next);//找到head鏈表的最后一個(gè)元素 
	p->next=input();//從input輸入需要添加的元素，可以是1個(gè)或者多個(gè)
	return 0; 
} 
struct Student *isexist(struct Student *head,int stdID)
{
	struct Student *p;
	for(p=head;p!=NULL;p=p->next)
	{
		if(p->ID==stdID)
		{
			return p;
		}
	}
	return NULL;
}

輸出效果如下圖：

到此，相信大家對“C語言怎么實(shí)現(xiàn)線性動(dòng)態(tài)單向鏈表”有了更深的了解，不妨來實(shí)際操作一番吧！這里是億速云網(wǎng)站，更多相關(guān)內(nèi)容可以進(jìn)入相關(guān)頻道進(jìn)行查詢，關(guān)注我們，繼續(xù)學(xué)習(xí)！