C语言单链表实现方法详解
作者：Tom文星
这篇文章主要介绍了C语言单链表实现方法,结合实例形式分析了基于C语言的单链表定义、创建、添加、删除、排序、打印等操作技巧,并附带了相关的优化算法,需要的朋友可以参考下
本文实例讲述了C语言单链表实现方法。分享给大家供大家参考，具体如下：
slist.h
#ifndef __SLIST_H__
#define __SLIST_H__
#include<cstdio>
#include<malloc.h>
#include<assert.h>
typedef int ElemType;
typedef struct Node { //定义单链表中的结点信息
ElemType data; //结点的数据域
struct Node *next; //结点的指针域
}Node,*PNode;
typedef struct List { //定义单链表的链表信息
PNode first; //first指向单链表中的第一个结点
PNode last; //last指向单链表中的最后一个结点
size_t size; //记录单链表中的结点个数
}List;
void InitList(List *list);//初始化单链表
void push_back(List *list, ElemType x);//在单链表的末尾插入元素
void push_front(List *list, ElemType x);//在单链表的头部插入元素
void show_list(List *list);//打印单链表
void pop_back(List *list);//删除单链表的最后一个元素
void pop_front(List *list);//删除单链表的第一个元素
void insert_val(List *list, ElemType val);//将数据元素插入到单链表中（要求此时单链表中的数据元素顺序排列）
Node* find(List *list, ElemType x);//查找单链表中数据值为x的结点
int length(List *list);//求单链表的长度
void delete_val(List *list, ElemType x);//按值删除单链表中的某个数据元素
void sort(List *list);//对单链表进行排序
void reverse(List *list);//逆置单链表
void clear(List *list);//清除单链表
void destroy(List *list);//摧毁单链表
#endif //__SLIST_H__
slist.cpp
#include"slist.h"
void InitList(List *list) {
list->first = list->last = (Node*)malloc(sizeof(Node)); //头结点
assert(list->first != NULL);
list->first->next = NULL;
list->size = 0;
}
void push_back(List *list, ElemType x) {
//step 1：创建一个新的结点
Node *s = (Node*)malloc(sizeof(Node));
assert(s != NULL);
s->data = x;
s->next = NULL;
//step 2：将新结点插入单链表的表尾
list->last->next = s;
list->last = s;
//step 3：更新单链表的长度
list->size++;
}
void push_front(List *list, ElemType x) {
//step 1：创建一个新的结点
Node *s = (Node*)malloc(sizeof(Node));
assert(s != NULL);
s->data = x;
s->next = NULL;
//step 2：将新结点插入单链表的表头
s->next = list->first->next;
list->first->next = s;
//step 3：判断插入的结点是否是单链表的第一个结点，若是更新链表的尾指针
if (list->size == 0)
list->last = s;
//step 4：更新单链表的长度
list->size++;
}
void show_list(List *list) {
//step 1：指针p指向单链表的第一个结点
Node *p = list->first->next;
//step 2：循环打印结点的信息
while (p != NULL) {
printf("%d->", p->data);
p = p->next;
}
printf("Nul.\n");
}
void pop_back(List *list) {
//step 1：判断单链表是否为空
if (list->size == 0) return;
//step 2：定义指针p使其指向目标结点的前一个结点
Node *p = list->first;//从头结点开始
while (p->next != list->last)
p = p->next;
//step 3：删除目标结点
free(list->last);
list->last = p;
list->last->next = NULL;
//step 4：更新单链表的长度
list->size--;
}
void pop_front(List *list) {
//step 1：判断单链表是否为空
if (list->size == 0) return;
//step 2：定义指针p使其指向目标结点的前一个结点
Node *p = list->first->next;
//step 3：删除目标结点
list->first->next = p->next;
free(p);
//step 4：判断删除的结点是否是单链表的最后一个结点，若是则更新单链表的尾指针
if (list->size == 1)
list->last = list->first;
//step 4：更新单链表的长度
list->size--;
}
void insert_val(List *list, ElemType x) {
//step 1：创建一个新的结点
Node *s = (Node*)malloc(sizeof(Node));
assert(s != NULL);
s->data = x;
s->next = NULL;
//step 2：定义指针p使其指向待插入位置的前一个结点
Node *p = list->first;//从头结点开始
while (p->next != NULL && p->next->data < s->data)
p = p->next;
//step 3：判断结点的待插入位置是否是表尾，若是则更新单链表的尾指针
if (p->next == NULL)
list->last = s;
//step 4：插入结点
s->next = p->next;
p->next = s;
//step 5：更新单链表长度
list->size++;
}
Node* find(List *list, ElemType x) {
//step 1：指针p指向单链表的第一个结点
Node *p = list->first->next;
//step 2：按照循环顺序查找链表结点
while (p != NULL && p->data != x)
p = p->next;
return p;
}
int length(List *list) {
return list->size;
}
void delete_val(List *list, ElemType x) {
//step 1：判断单链表是否为空
if (list->size == 0) return;
//step 2：确定结点在单链表中的位置，并判断其是否存在于单链表中
Node *p = find(list, x);
if (p == NULL) {
printf("要删除的数据不存在！\n");
return;
}
//step 3：判断结点位置是否是表尾
if (p == list->last)//是表尾
pop_back(list);
else {//不是表尾
Node *q = p->next;
p->data = q->data;
p->next = q->next;
free(q);
list->size--;
}
}
void sort(List *list) {
//step 1：判断单链表中的结点数是否为0或1
if (list->size == 0 || list->size == 1) return;
//step 2：将单链表中第一个结点之后的链表部分截出，方便重新按顺序插入链表之中
Node *s = list->first->next; // 指针s指向单链表的第一个节点
Node *p = s->next;//q指向s后面的结点
list->last = s;//单链表的尾指针指向单链表的第一个结点
list->last->next = NULL;//截断链表
//step 3：将截出的链表中的结点根据其数据域大小重新插入到原来链表中
while (p != NULL) {
s = p;
p = p->next;
Node *q = list->first;
while (q->next != NULL && q->next->data < s->data)
q = q->next;
if (q->next == NULL)//判断q此时指向的是否是单链表的最后一个结点，若是则更新链表的尾指针
list->last = s;
//将结点重新插入链表
s->next = q->next;
q->next = s;
}
}
void reverse(List *list) {
//step 1：判断单链表中的结点数是否为0或1
if (list->size == 0 || list->size == 1) return;
//step 2：将单链表中第一个结点之后的链表部分截出，然后将截出的链表中的结点按头插法重新插入到原链表中
Node *p = list->first->next;
Node *q = p->next;
list->last = p;
list->last->next = NULL;
while (q != NULL) {
p = q;
q = q->next;
p->next = list->first->next;
list->first->next = p;
}
}
void clear(List *list) {
//step 1：判断单链表是否为空
if (list->size == 0) return;
//step 2：释放单链表中的每一个结点
Node *p = list->first->next;
while (p != NULL) {
list->first->next = p->next;
free(p);
p = list->first->next;
}
//step 3：头指针和尾指针重新都指向头结点
list->last = list->first;
//step 4：更新链表长度
list->size = 0;
}
void destroy(List *list) {
//step 1：清空单链表
clear(list);
//step 2：释放头结点
free(list->first);
//step 3：头指针和尾指针都赋值为空
list->first = list->last = NULL;
}
main.cpp
#include"slist.h"
void main() {
List mylist;
InitList(&mylist);
ElemType item;
Node *p = NULL;
int select = 1;
while (select) {
printf("*******************************************\n");
printf("*[1] push_back [2] push_front *\n");
printf("*[3] show_list [4] pop_back *\n");
printf("*[5] pop_front [6] insert_val *\n");
printf("*[7] find [8] length *\n");
printf("*[9] delete_val [10] sort *\n");
printf("*[11] reverse [12] clear *\n");
printf("*[13*] destroy [0] quit_system *\n");
printf("*******************************************\n");
printf("请选择：>>");
scanf("%d", &select);
if (select == 0) break;
switch (select) {
case 1:
printf("请输入要插入的数据（-1结束）:>");
while (scanf("%d", &item), item != -1) {
push_back(&mylist, item);
}
break;
case 2:
printf("请输入要插入的数据（-1结束）:>");
while (scanf("%d", &item), item != -1) {
push_front(&mylist, item);
}
break;
case 3:
show_list(&mylist);
break;
case 4:
pop_back(&mylist);
break;
case 5:
pop_front(&mylist);
break;
case 6:
printf("请输入要插入的数据:>");
scanf("%d", &item);
insert_val(&mylist, item);
break;
case 7:
printf("请输入要查找的数据:>");
scanf("%d", &item);
p = find(&mylist, item);
if (p == NULL)
printf("要查找的数据在单链表中不存在！\n");
break;
case 8:
printf("单链表的长度为%d\n", length(&mylist));
break;
case 9:
printf("请输入要删除的值:>");
scanf("%d", &item);
delete_val(&mylist, item);
break;
case 10:
sort(&mylist);
break;
case 11:
reverse(&mylist);
break;
case 12:
clear(&mylist);
break;
//case 13:
//destroy(&mylist);
//break;
default:
printf("选择错误,请重新选择！\n");
break;
}
}
destroy(&mylist); //程序结束，摧毁链表
}
附：单链表优化版本
slist.h
#ifndef __SLIST_H__
#define __SLIST_H__
#include<cstdio>
#include<malloc.h>
#include<assert.h>
typedef int ElemType;
typedef struct Node { //定义单链表中的结点信息
ElemType data; //结点的数据域
struct Node *next; //结点的指针域
}Node,*PNode;
typedef struct List { //定义单链表的链表信息
PNode first; //first指向单链表中的第一个结点
PNode last; //last指向单链表中的最后一个结点
size_t size; //记录单链表中的结点个数
}List;
void InitList(List *list);//初始化单链表
void push_back(List *list, ElemType x);//在单链表的末尾插入元素
void push_front(List *list, ElemType x);//在单链表的头部插入元素
void show_list(List *list);//打印单链表
void pop_back(List *list);//删除单链表的最后一个元素
void pop_front(List *list);//删除单链表的第一个元素
void insert_val(List *list, ElemType val);//将数据元素插入到单链表中（要求此时单链表中的数据元素顺序排列）
Node* find(List *list, ElemType x);//查找单链表中数据值为x的结点
int length(List *list);//求单链表的长度
void delete_val(List *list, ElemType x);//按值删除单链表中的某个数据元素
void sort(List *list);//对单链表进行排序
void reverse(List *list);//逆置单链表
void clear(List *list);//清除单链表
void destroy(List *list);//摧毁单链表
//代码优化
Node* CreateNode(ElemType x); //创建一个单链表结点
Node* begin(List *list); //返回单链表的第一个结点
Node* end(List *list); //返回单链表中最后一个结点的下一个结点
void insert(List *list, Node *pos, ElemType x); //在单链表的特定位置（pos）插入新的结点
#endif //__SLIST_H__
slist.cpp
#include"slist.h"
void InitList(List *list) {
list->first = list->last = (Node*)malloc(sizeof(Node)); //头结点
assert(list->first != NULL);
list->first->next = NULL;
list->size = 0;
}
//push_back的优化
void push_back(List *list, ElemType x) {
insert(list, end(list), x);
}
//push_front的优化
void push_front(List *list, ElemType x) {
insert(list, begin(list), x);
}
void show_list(List *list) {
//step 1：指针p指向单链表的第一个结点
Node *p = list->first->next;
//step 2：循环打印结点的信息
while (p != NULL) {
printf("%d->", p->data);
p = p->next;
}
printf("Nul.\n");
}
void pop_back(List *list) {
//step 1：判断单链表是否为空
if (list->size == 0) return;
//step 2：定义指针p使其指向目标结点的前一个结点
Node *p = list->first;//从头结点开始
while (p->next != list->last)
p = p->next;
//step 3：删除目标结点
free(list->last);
list->last = p;
list->last->next = NULL;
//step 4：更新单链表的长度
list->size--;
}
void pop_front(List *list) {
//step 1：判断单链表是否为空
if (list->size == 0) return;
//step 2：定义指针p使其指向目标结点的前一个结点
Node *p = list->first->next;
//step 3：删除目标结点
list->first->next = p->next;
free(p);
//step 4：判断删除的结点是否是单链表的最后一个结点，若是则更新单链表的尾指针
if (list->size == 1)
list->last = list->first;
//step 4：更新单链表的长度
list->size--;
}
//insert_val的优化
void insert_val(List *list, ElemType x) {
//step 1：创建一个新的结点
Node *s = CreateNode(x);
//step 2：定义指针p使其指向待插入位置的前一个结点
Node *p = list->first;//从头结点开始
while (p->next != NULL && p->next->data < s->data)
p = p->next;
//step 3：判断结点的待插入位置是否是表尾，若是则更新单链表的尾指针
if (p->next == NULL)
list->last = s;
//step 4：插入结点
s->next = p->next;
p->next = s;
//step 5：更新单链表长度
list->size++;
}
Node* find(List *list, ElemType x) {
//step 1：指针p指向单链表的第一个结点
Node *p = list->first->next;
//step 2：按照循环顺序查找链表结点
while (p != NULL && p->data != x)
p = p->next;
return p;
}
int length(List *list) {
return list->size;
}
void delete_val(List *list, ElemType x) {
//step 1：判断单链表是否为空
if (list->size == 0) return;
//step 2：确定结点在单链表中的位置，并判断其是否存在于单链表中
Node *p = find(list, x);
if (p == NULL) {
printf("要删除的数据不存在！\n");
return;
}
//step 3：判断结点位置是否是表尾
if (p == list->last)//是表尾
pop_back(list);
else {//不是表尾
Node *q = p->next;
p->data = q->data;
p->next = q->next;
free(q);
list->size--;
}
}
void sort(List *list) {
//step 1：判断单链表中的结点数是否为0或1
if (list->size == 0 || list->size == 1) return;
//step 2：将单链表中第一个结点之后的链表部分截出，方便重新按顺序插入链表之中
Node *s = list->first->next; // 指针s指向单链表的第一个节点
Node *p = s->next;//q指向s后面的结点
list->last = s;//单链表的尾指针指向单链表的第一个结点
list->last->next = NULL;//截断链表
//step 3：将截出的链表中的结点根据其数据域大小重新插入到原来链表中
while (p != NULL) {
s = p;
p = p->next;
Node *q = list->first;
while (q->next != NULL && q->next->data < s->data)
q = q->next;
if (q->next == NULL)//判断q此时指向的是否是单链表的最后一个结点，若是则更新链表的尾指针
list->last = s;
//将结点重新插入链表
s->next = q->next;
q->next = s;
}
}
void reverse(List *list) {
//step 1：判断单链表中的结点数是否为0或1
if (list->size == 0 || list->size == 1) return;
//step 2：将单链表中第一个结点之后的链表部分截出，然后将截出的链表中的结点按头插法重新插入到原链表中
Node *p = list->first->next;
Node *q = p->next;
list->last = p;
list->last->next = NULL;
while (q != NULL) {
p = q;
q = q->next;
p->next = list->first->next;
list->first->next = p;
}
}
void clear(List *list) {
//step 1：判断单链表是否为空
if (list->size == 0) return;
//step 2：释放单链表中的每一个结点
Node *p = list->first->next;
while (p != NULL) {
list->first->next = p->next;
free(p);
p = list->first->next;
}
//step 3：头指针和尾指针重新都指向头结点
list->last = list->first;
//step 4：更新链表长度
list->size = 0;
}
void destroy(List *list) {
//step 1：清空单链表
clear(list);
//step 2：释放头结点
free(list->first);
//step 3：头指针和尾指针都赋值为空
list->first = list->last = NULL;
}
//优化
Node* CreateNode(ElemType x) {
Node *s = (Node*)malloc(sizeof(Node));
assert(s != NULL);
s->data = x;
s->next = NULL;
return s;
}
Node* begin(List *list) {
return list->first->next;
}
Node* end(List *list) {
return list->last->next;
}
void insert(List *list, Node *pos, ElemType x) {
//step 1：创建一个新的结点
Node *s = CreateNode(x);
//step 2：确定带插入位置
Node *p = list->first;
while (p->next != pos)
p = p->next;
//step 3：插入结点
s->next = p->next;
p->next = s;
//step 4：判断结点是否插入到链表的表尾，若是则更新单链表的表尾指针
if (pos == NULL)
list->last = s;
//step 5：更新单链表长度
list->size++;
}
main.cpp
#include"slist.h"
void main() {
List mylist;
InitList(&mylist);
ElemType item;
Node *p = NULL;
int select = 1;
while (select) {
printf("*******************************************\n");
printf("*[1] push_back [2] push_front *\n");
printf("*[3] show_list [4] pop_back *\n");
printf("*[5] pop_front [6] insert_val *\n");
printf("*[7] find [8] length *\n");
printf("*[9] delete_val [10] sort *\n");
printf("*[11] reverse [12] clear *\n");
printf("*[13*] destroy [0] quit_system *\n");
printf("*******************************************\n");
printf("请选择：>>");
scanf("%d", &select);
if (select == 0) break;
switch (select) {
case 1:
printf("请输入要插入的数据（-1结束）:>");
while (scanf("%d", &item), item != -1) {
push_back(&mylist, item);
}
break;
case 2:
printf("请输入要插入的数据（-1结束）:>");
while (scanf("%d", &item), item != -1) {
push_front(&mylist, item);
}
break;
case 3:
show_list(&mylist);
break;
case 4:
pop_back(&mylist);
break;
case 5:
pop_front(&mylist);
break;
case 6:
printf("请输入要插入的数据:>");
scanf("%d", &item);
insert_val(&mylist, item);
break;
case 7:
printf("请输入要查找的数据:>");
scanf("%d", &item);
p = find(&mylist, item);
if (p == NULL)
printf("要查找的数据在单链表中不存在！\n");
break;
case 8:
printf("单链表的长度为%d\n", length(&mylist));
break;
case 9:
printf("请输入要删除的值:>");
scanf("%d", &item);
delete_val(&mylist, item);
break;
case 10:
sort(&mylist);
break;
case 11:
reverse(&mylist);
break;
case 12:
clear(&mylist);
break;
//case 13:
//destroy(&mylist);
//break;
default:
printf("选择错误,请重新选择！\n");
break;
}
}
destroy(&mylist); //程序结束，摧毁链表
}
希望本文所述对大家C语言程序设计有所帮助。