C语言/C++实现链表的详细教程

C语言/C++实现链表的详细教程

1. 什么是链表

链表是一种常用的数据结构，它由一系列节点组成，每个节点包含两部分内容：数据和指向下一个节点的指针,最后一个节点指向空。链表的节点可以动态添加和删除，因此可以方便地进行插入、删除等操作。链表有多种类型，包括单向链表、双向链表和循环链表等。

1.1 单向链表（Singly Linked List）

单向链表是最简单的链表类型，它的每个节点只包含一个指向下一个节点的指针。单向链表的优点是插入和删除节点的速度较快，但查找节点的速度较慢。单向链表的数据结构如下所示：

cstruct ListNode {
    int val;  // 节点的值
    struct ListNode *next;  // 指向下一个节点的指针
};

1.2 双向链表（Doubly Linked List）

双向链表是在单向链表的基础上增加了一个指向前一个节点的指针。这样一来，双向链表可以从前往后遍历，也可以从后往前遍历，但相应地，插入和删除节点的操作会稍微复杂一些。双向链表的数据结构如下所示：

cstruct ListNode {
    int val;  // 节点的值
    struct ListNode *prev;  // 指向前一个节点的指针
    struct ListNode *next;  // 指向下一个节点的指针
};

1.3 循环链表（Circular Linked List）

循环链表是一种特殊的链表类型，它的最后一个节点指向第一个节点（或者说，第一个节点指向最后一个节点）。这样一来，循环链表可以无限循环下去，因此常用于循环队列等数据结构中。循环链表的数据结构和单向链表或双向链表类似，只是最后一个节点的指针指向第一个节点。

本教程主要演示的是单向链表的使用。

2. 节点的定义

首先，我们需要定义链表的节点结构。每个节点包含一个数据元素和一个指向下一个节点的指针。在C语言中，我们可以使用结构体来定义节点。

typedef struct Node {
    int data;           // 数据元素
    struct Node* next;  // 指向下一个节点的指针
} Node;

3. 创建和初始化链表

下面是一个函数，用于创建并初始化一个空链表。

Node* createLinkedList() {
    return NULL;  // 返回空链表
}

4. 插入节点

接下来，我们需要实现在链表中插入新节点的功能。我们可以根据需要在链表的开头、末尾或中间插入新节点。

// 插入节点到链表开头
Node *insertAtBeginning(Node *head, int data) {
    // 创建新节点
	Node *newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));  
    // 设置节点数据
	newNode->data = data;  
	// 将新节点指向原来的头节点                        
    newNode->next = head; 
	// 返回新的链表头节点                         
    return newNode;                                
}

// 插入节点到链表末尾
Node *insertAtEnd(Node *head, int data) {
    // 创建新节点
	Node *newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node)); 
    newNode->data = data;
    // 将新节点的下一个节点指针设置为NULL
    newNode->next = NULL;                          
	// 如果链表为空，将新节点作为链表的唯一节点
    if (head == NULL) {
        return newNode;  
    }

    Node* current = head;

    // 遍历链表直到达到最后一个节点
    while (current->next != NULL) {
        current = current->next;
    }
	// 将新节点插入到已有链表的末尾
    current->next = newNode;  
    // 返回原来的头节点
    return head;              
}

// 在指定位置插入节点
Node* insertAtPosition(Node* head, int data, int position) {
    // 创建新节点
	Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));  
    newNode->data = data;
	 // 如果插入位置为0，则将新节点作为新的头节点
    if (position == 0) {
        newNode->next = head;
        return newNode; 
    }
    Node* current = head;

    // 找到插入位置的前一个节点
    for (int i = 0; i < position - 1; i++) {
        if (current == NULL) {
            printf("位置超出链表存储范围。n");
            return head;
        }
        current = current->next;
    }
	// 将新节点的next指针指向当前位置的节点
    newNode->next = current->next;  
    // 将当前位置的节点指向新节点
	current->next = newNode;        
    // 返回原来的头节点
	return head;                    
}

5. 删除节点

我们也可以从链表中删除节点。下面是一些用于删除节点的函数示例。

// 从链表开头删除节点
Node* deleteAtBeginning(Node* head) {
    if (head == NULL) {
        printf("链表为空");
        return NULL;
    }

    Node* temp = head;
    // 更新头节点
    head = head->next;  
    // 释放删除节点的内存
    free(temp);  
	// 返回新的头节点       
    return head;        
}

// 从链表末尾删除节点
Node* deleteAtEnd(Node* head) {
    if (head == NULL) {
        printf("链表为空！！！n");
        return NULL;
    }
	// 如果只有一个节点，直接删除
    if (head->next == NULL) {
        free(head);   
        return NULL;
    }

    Node *current = head, *prev;
    // 找到倒数第二个节点
    while (current->next != NULL) {
        prev = current;
        current = current->next;
    }
	//将倒数第二个节点的next指针设置为NULL，删除最后一个节点
    prev->next = NULL;  
    // 释放删除节点的内存
	free(current);      
    // 返回原来的头节点
	return head;        
}

// 根据数据值删除节点
Node* deleteByValue(Node* head, int data) {
    if (head == NULL) {
        printf("链表为空！！！n");
        return NULL;
    }
    Node *current = head, *prev;
    // 遍历链表找到要删除的节点
    while (current != NULL && current->data != data) {
        prev = current;
        current = current->next;
    }

    if (current == NULL) {
        printf("数据不存在！！！n");
        return head;
    }

    if (current == head) {
        //如果删除节点是头节点，则更新头节点
		head = head->next;  
    } else {
    	//将前一个节点的next指针跳过删除节点
        prev->next = current->next; 
    }
    free(current);// 释放删除节点的内存
    return head;
}

6. 打印链表

为了验证链表的操作，我们可以编写一个函数来打印链表的所有节点。

//打印链表数据 
void printList(Node* head) {
    Node* current = head;
    printf("链表所存数据: ");
	//表头为空，结束循环 
    while (current != NULL) {
        printf("%d ", current->data);
        current = current->next;
    }
    printf("n");
}

7. 测试代码

我们可以编写一段测试代码来验证我们的链表代码：

//主函数 
int main() {
	//创建链表 
    Node* head = createLinkedList();
    printf("链表已经创建完成，可以正常使用！！！n");
	while(true){
		printf("1、添加新的数据到链表头。n"); 
		printf("2、添加新的数据到链表尾。n");
		printf("3、添加新的数据到固定位置。n");
		printf("4、删除链表头的数据。n");
		printf("5、删除链表尾的数据。n");
		printf("6、删除指定数据。n");
		printf("7、退出程序。n");
		printf("请输入你的选择：");
		int ch;
		bool flag=false;
		scanf("%d",&ch);
		system("cls");
		switch(ch){
			case 1:
				int insertN;
				printf("请输入需要插入的数据：");
				scanf("%d",&insertN); 
				head = insertAtBeginning(head, insertN);
				break;
			case 2:
				int insertEndN;
				printf("请输入需要插入的数据：");
				scanf("%d",&insertEndN);
				head = insertAtEnd(head, insertEndN);
				break;
			case 3:
				int insertPosN,pos;
				printf("请输入需要插入的数据和位置：");
				scanf("%d %d",&insertPosN,&pos);
				head = insertAtPosition(head, insertPosN, pos-1);
				break;
			case 4:
				head = deleteAtBeginning(head);
				break;
			case 5:
				head = deleteAtEnd(head);
				break;
			case 6:
				int delN;
				printf("请输入需要删除的数据：");
				scanf("%d",&delN); 
				head = deleteByValue(head, delN);
				break;
			case 7:printf("程序结束，欢迎使用。n");exit(0);
			default:
				printf("您的输入有误，请检查后重新输入！n");
				flag=true;
				break;
		}
		if(!flag){
			printf("****-----------------------------****n");
			printList(head);
			printf("****-----------------------------****nn");
		}
		getchar();
	}
    return 0;
}

8. 总结

恭喜你！你已经完成了C语言实现链表的教程。链表是一种非常有用的数据结构，可以在运行时动态管理数据。通过学习链表的实现，您可以对如何操作和管理数据有更深入的了解。希望本教程对你有所帮助，谢谢！

9. 完整代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct Node {
    int data;           // 数据元素
    struct Node *next;  // 指向下一个节点的指针
} Node;

//创建并初始化链表
Node *createLinkedList() {
    return NULL;  // 返回空链表
}

// 插入节点到链表开头
Node *insertAtBeginning(Node *head, int data) {
    // 创建新节点
	Node *newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));  
    // 设置节点数据
	newNode->data = data;  
	// 将新节点指向原来的头节点                        
    newNode->next = head; 
	// 返回新的链表头节点                         
    return newNode;                                
}

// 插入节点到链表末尾
Node *insertAtEnd(Node *head, int data) {
    // 创建新节点
	Node *newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node)); 
    newNode->data = data;
    // 将新节点的下一个节点指针设置为NULL
    newNode->next = NULL;                          
	// 如果链表为空，将新节点作为链表的唯一节点
    if (head == NULL) {
        return newNode;  
    }

    Node* current = head;

    // 遍历链表直到达到最后一个节点
    while (current->next != NULL) {
        current = current->next;
    }
	// 将新节点插入到已有链表的末尾
    current->next = newNode;  
    // 返回原来的头节点
    return head;              
}

// 在指定位置插入节点
Node* insertAtPosition(Node* head, int data, int position) {
    // 创建新节点
	Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));  
    newNode->data = data;
	 // 如果插入位置为0，则将新节点作为新的头节点
    if (position == 0) {
        newNode->next = head;
        return newNode; 
    }
    Node* current = head;

    // 找到插入位置的前一个节点
    for (int i = 0; i < position - 1; i++) {
        if (current == NULL) {
            printf("位置超出链表存储范围。n");
            return head;
        }
        current = current->next;
    }
	// 将新节点的next指针指向当前位置的节点
    newNode->next = current->next;  
    // 将当前位置的节点指向新节点
	current->next = newNode;        
    // 返回原来的头节点
	return head;                    
}

// 从链表开头删除节点
Node* deleteAtBeginning(Node* head) {
    if (head == NULL) {
        printf("链表为空");
        return NULL;
    }

    Node* temp = head;
    // 更新头节点
    head = head->next;  
    // 释放删除节点的内存
    free(temp);  
	// 返回新的头节点       
    return head;        
}

// 从链表末尾删除节点
Node* deleteAtEnd(Node* head) {
    if (head == NULL) {
        printf("链表为空！！！n");
        return NULL;
    }
	// 如果只有一个节点，直接删除
    if (head->next == NULL) {
        free(head);   
        return NULL;
    }

    Node *current = head, *prev;
    // 找到倒数第二个节点
    while (current->next != NULL) {
        prev = current;
        current = current->next;
    }
	//将倒数第二个节点的next指针设置为NULL，删除最后一个节点
    prev->next = NULL;  
    // 释放删除节点的内存
	free(current);      
    // 返回原来的头节点
	return head;        
}

// 根据数据值删除节点
Node* deleteByValue(Node* head, int data) {
    if (head == NULL) {
        printf("链表为空！！！n");
        return NULL;
    }
    Node *current = head, *prev;
    // 遍历链表找到要删除的节点
    while (current != NULL && current->data != data) {
        prev = current;
        current = current->next;
    }

    if (current == NULL) {
        printf("数据不存在！！！n");
        return head;
    }

    if (current == head) {
        //如果删除节点是头节点，则更新头节点
		head = head->next;  
    } else {
    	//将前一个节点的next指针跳过删除节点
        prev->next = current->next; 
    }
    free(current);// 释放删除节点的内存
    return head;
}
//打印链表数据 
void printList(Node* head) {
    Node* current = head;
    printf("链表所存数据: ");
	//表头为空，结束循环 
    while (current != NULL) {
        printf("%d ", current->data);
        current = current->next;
    }
    printf("n");
}

//主函数 
int main() {
	//创建链表 
    Node* head = createLinkedList();
    printf("链表已经创建完成，可以正常使用！！！n");
	while(true){
		printf("1、添加新的数据到链表头。n"); 
		printf("2、添加新的数据到链表尾。n");
		printf("3、添加新的数据到固定位置。n");
		printf("4、删除链表头的数据。n");
		printf("5、删除链表尾的数据。n");
		printf("6、删除指定数据。n");
		printf("7、退出程序。n");
		printf("请输入你的选择：");
		int ch;
		bool flag=false;
		scanf("%d",&ch);
		system("cls");
		switch(ch){
			case 1:
				int insertN;
				printf("请输入需要插入的数据：");
				scanf("%d",&insertN); 
				head = insertAtBeginning(head, insertN);
				break;
			case 2:
				int insertEndN;
				printf("请输入需要插入的数据：");
				scanf("%d",&insertEndN);
				head = insertAtEnd(head, insertEndN);
				break;
			case 3:
				int insertPosN,pos;
				printf("请输入需要插入的数据和位置：");
				scanf("%d %d",&insertPosN,&pos);
				head = insertAtPosition(head, insertPosN, pos-1);
				break;
			case 4:
				head = deleteAtBeginning(head);
				break;
			case 5:
				head = deleteAtEnd(head);
				break;
			case 6:
				int delN;
				printf("请输入需要删除的数据：");
				scanf("%d",&delN); 
				head = deleteByValue(head, delN);
				break;
			case 7:printf("程序结束，欢迎使用。n");exit(0);
			default:
				printf("您的输入有误，请检查后重新输入！n");
				flag=true;
				break;
		}
		if(!flag){
			printf("****-----------------------------****n");
			printList(head);
			printf("****-----------------------------****nn");
		}
		getchar();
	}
    return 0;
}

以上就是C语言实现链表的详细教程。希望对您有所帮助！如果您还有其他问题，请随时提问。