单链表(链式存储结构)
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2023-03-14
前面详细地介绍了
顺序表,本节给大家介绍另外一种
线性存储结构——
链表。
链表,别名 链式存储结构或 单链表,用于存储逻辑关系为 "一对一" 的数据。 与顺序表不同,链表不限制数据的物理存储状态,换句话说,使用链表存储的数据元素,其物理存储位置是随机的。
例如,使用链表存储
图 1 链表随机存储数据
我们看到,图 1 根本无法体现出各数据之间的逻辑关系。对此,链表的解决方案是,每个数据元素在存储时都配备一个指针,用于指向自己的直接后继元素。如图 2 所示:
图 2 各数据元素配备指针
像图 2 这样, 数据元素随机存储,并通过指针表示数据之间逻辑关系的存储结构就是 链式存储结构。
即链表中存储各数据元素的结构如图 3 所示:
图 3 节点结构
图 3 所示的结构在链表中称为 节点。也就是说,链表实际存储的是一个一个的节点,真正的数据元素包含在这些节点中,如图 4 所示:
图 4 链表中的节点
因此,链表中每个节点的具体实现,需要使用 C 语言中的结构体,具体实现代码为:
因此,一个存储
图 5 完整的链表示意图
例如,创建一个存储
我们只需在主函数中调用 initLink 函数,即可轻松创建一个存储
注意,如果使用带有头节点创建链表的方式,则输出链表的 display 函数需要做适当地修改:
链表,别名 链式存储结构或 单链表,用于存储逻辑关系为 "一对一" 的数据。 与顺序表不同,链表不限制数据的物理存储状态,换句话说,使用链表存储的数据元素,其物理存储位置是随机的。
例如,使用链表存储
{1,2,3}
,数据的物理存储状态如图 1 所示:
图 1 链表随机存储数据
我们看到,图 1 根本无法体现出各数据之间的逻辑关系。对此,链表的解决方案是,每个数据元素在存储时都配备一个指针,用于指向自己的直接后继元素。如图 2 所示:
图 2 各数据元素配备指针
像图 2 这样, 数据元素随机存储,并通过指针表示数据之间逻辑关系的存储结构就是 链式存储结构。
链表的节点
从图 2 可以看到,链表中每个数据的存储都由以下两部分组成:- 数据元素本身,其所在的区域称为数据域;
- 指向直接后继元素的指针,所在的区域称为指针域;
即链表中存储各数据元素的结构如图 3 所示:
图 3 节点结构
图 3 所示的结构在链表中称为 节点。也就是说,链表实际存储的是一个一个的节点,真正的数据元素包含在这些节点中,如图 4 所示:
图 4 链表中的节点
因此,链表中每个节点的具体实现,需要使用 C 语言中的结构体,具体实现代码为:
typedef struct Link{ char elem; //代表数据域 struct Link * next; //代表指针域,指向直接后继元素 }link; //link为节点名,每个节点都是一个 link 结构体提示,由于指针域中的指针要指向的也是一个节点,因此要声明为 Link 类型(这里要写成
struct Link*
的形式)。
头节点,头指针和首元节点
其实,图 4 所示的链表结构并不完整。一个完整的链表需要由以下几部分构成:- 头指针:一个普通的指针,它的特点是永远指向链表第一个节点的位置。很明显,头指针用于指明链表的位置,便于后期找到链表并使用表中的数据;
- 节点:链表中的节点又细分为头节点、首元节点和其他节点:
- 头节点:其实就是一个不存任何数据的空节点,通常作为链表的第一个节点。对于链表来说,头节点不是必须的,它的作用只是为了方便解决某些实际问题;
- 首元节点:由于头节点(也就是空节点)的缘故,链表中称第一个存有数据的节点为首元节点。首元节点只是对链表中第一个存有数据节点的一个称谓,没有实际意义;
- 其他节点:链表中其他的节点;
因此,一个存储
{1,2,3}
的完整链表结构如图 5 所示:
图 5 完整的链表示意图
注意:链表中有头节点时,头指针指向头节点;反之,若链表中没有头节点,则头指针指向首元节点。
明白了链表的基本结构,下面我们来学习如何创建一个链表。链表的创建(初始化)
创建一个链表需要做如下工作:- 声明一个头指针(如果有必要,可以声明一个头节点);
- 创建多个存储数据的节点,在创建的过程中,要随时与其前驱节点建立逻辑关系;
例如,创建一个存储
{1,2,3,4}
且无头节点的链表,C 语言实现代码如下:
link * initLink(){ link * p=NULL;//创建头指针 link * temp = (link*)malloc(sizeof(link));//创建首元节点 //首元节点先初始化 temp->elem = 1; temp->next = NULL; p = temp;//头指针指向首元节点 //从第二个节点开始创建 for (int i=2; i<5; i++) { //创建一个新节点并初始化 link *a=(link*)malloc(sizeof(link)); a->elem=i; a->next=NULL; //将temp节点与新建立的a节点建立逻辑关系 temp->next=a; //指针temp每次都指向新链表的最后一个节点,其实就是 a节点,这里写temp=a也对 temp=temp->next; } //返回建立的节点,只返回头指针 p即可,通过头指针即可找到整个链表 return p; }如果想创建一个存储
{1,2,3,4}
且含头节点的链表,则 C 语言实现代码为:
link * initLink(){ link * p=(link*)malloc(sizeof(link));//创建一个头结点 link * temp=p;//声明一个指针指向头结点, //生成链表 for (int i=1; i<5; i++) { link *a=(link*)malloc(sizeof(link)); a->elem=i; a->next=NULL; temp->next=a; temp=temp->next; } return p; }
我们只需在主函数中调用 initLink 函数,即可轻松创建一个存储
{1,2,3,4}
的链表,C 语言完整代码如下:
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> //链表中节点的结构 typedef struct Link{ int elem; struct Link *next; }link; //初始化链表的函数 link * initLink(); //用于输出链表的函数 void display(link *p); int main() { //初始化链表(1,2,3,4) printf("初始化链表为:\n"); link *p=initLink(); display(p); return 0; } link * initLink(){ link * p=NULL;//创建头指针 link * temp = (link*)malloc(sizeof(link));//创建首元节点 //首元节点先初始化 temp->elem = 1; temp->next = NULL; p = temp;//头指针指向首元节点 for (int i=2; i<5; i++) { link *a=(link*)malloc(sizeof(link)); a->elem=i; a->next=NULL; temp->next=a; temp=temp->next; } return p; } void display(link *p){ link* temp=p;//将temp指针重新指向头结点 //只要temp指针指向的结点的next不是Null,就执行输出语句。 while (temp) { printf("%d ",temp->elem); temp=temp->next; } printf("\n"); }程序运行结果为:
初始化链表为:
1 2 3 4
注意,如果使用带有头节点创建链表的方式,则输出链表的 display 函数需要做适当地修改:
void display(link *p){ link* temp=p;//将temp指针重新指向头结点 //只要temp指针指向的结点的next不是Null,就执行输出语句。 while (temp->next) { temp=temp->next; printf("%d",temp->elem); } printf("\n"); }