? 順序存儲和鏈式存儲

數組—順序存儲

數組作為一個順序儲存方式的數據結構，可是有大作為的，它的靈活使用為我們的程序設計帶來了大量的便利；

但是，但是，數組最大的缺點就是我們的插入和刪除時需要移動大量的元素，所以呢，大量的消耗時間，以及冗余度難以接受了。

以C語言數組插入一個元素為例，當我們需要在一個數組{1,2,3,4}的第1個元素后的位置插入一個’A’時，我們需要做的有：

將第1個元素后的整體元素后移，形成新的數組{1,2,2,3,4}

再將第2個元素位置的元素替換為我們所需要的元素’A’

最終形成我們的預期，這需要很多的操作喔。

上圖可以看出，使用數組都有這兩大缺點：

插入刪除操作所需要移動的元素很多，浪費算力。

必須為數組開足夠的空間，否則有溢出風險。

鏈表—鏈式存儲

由于數組的這些缺點，自然而然的就產生鏈表的思想了。

鏈表通過不連續的儲存方式，自適應內存大小，以及指針的靈活使用，巧妙的簡化了上述的內容。

鏈表的基本思維是，利用結構體的設置，額外開辟出一份內存空間去作指針，它總是指向下一個結點，一個個結點通過NEXT指針相互串聯，就形成了鏈表。

其中DATA為自定義的數據類型，NEXT為指向下一個鏈表結點的指針，通過訪問NEXT，可以引導我們去訪問鏈表的下一個結點。

對于一連串的結點而言，就形成了鏈表如下圖：

上文所說的插入刪除操作只需要修改指針所指向的區域就可以了，不需要進行大量的數據移動操作。如下圖：

相比起數組，鏈表解決了數組不方便移動，插入，刪除元素的弊端，但相應的，鏈表付出了更加大的內存犧牲換來的這些功能的實現。

鏈表概述

包含單鏈表，雙鏈表，循環單鏈表，實際應用中的功能不同，但實現方式都差不多。

• 單鏈表就像是美國男籃，一代一代往下傳；

• 雙鏈表像是中國男足，你傳球給我，我傳球給你，最終傳給了守門員；

• 循環鏈表就像是中國男籃，火炬從姚明傳給王治郅，王治郅傳給易建聯，現在易建聯傷了，又傳給了姚明

單鏈表

單鏈表概念和簡單的設計

單鏈表是一種鏈式存取的數據結構，鏈表中的數據是以結點來表示的，每個結點由元素和指針構成。

元素表示數據元素的映象，就是存儲數據的存儲單元；指針指示出后繼元素存儲位置，就是連接每個結點的地址數據。

以結點的序列表示的線性表稱作線性鏈表，也就是單鏈表，單鏈表是鏈式存取的結構。

對于鏈表的每一個結點，我們使用結構體進行設計，其主要內容有：

其中，DATA數據元素，可以為你想要儲存的任何數據格式，可以是數組，可以是int，甚至可以是結構體（這就是傳說中的結構體套結構體）

NEXT為一個指針，其代表了一個可以指向的區域，通常是用來指向下一個結點，鏈表的尾部NEXT指向NULL（空），因為尾部沒有任何可以指向的空間了

故，對于一個單鏈表的結點定義，可以代碼描述成：

//定義結點類型 typedef?struct?Node?{int?data;???????//數據類型，你可以把int型的data換成任意數據類型，包括結構體struct等復合類型struct?Node?*next;??????????//單鏈表的指針域 }?Node,*LinkedList;?? //Node表示結點的類型，LinkedList表示指向Node結點類型的指針類型

鏈表的初始化

初始化主要完成以下工作：創建一個單鏈表的前置節點并向后逐步添加節點，一般指的是申請結點的空間，同時對一個結點賦空值(NULL)，其代碼可以表示為：

LinkedList?listinit(){Node?*L;L=(Node*)malloc(sizeof(Node));??????//開辟空間?if(L==NULL){?????????????????????//判斷是否開辟空間失敗，這一步很有必要printf("申請空間失敗");//exit(0);??????????????????//開辟空間失敗可以考慮直接結束程序}L->next=NULL;???????//指針指向空 }

注意：一定要判斷是否開辟空間失敗，否則生產中由于未知的情況造成空間開辟失敗，仍然在繼續執行代碼，后果將不堪設想啦，因此養成這樣的判斷是很有必要的。

頭插入法創建單鏈表

利用指針指向下一個結點元素的方式進行逐個創建，使用頭插入法最終得到的結果是逆序的。如圖所示：

從一個空表開始，生成新結點，并將讀取到的數據存放到新結點的數據域中，然后將新結點插入到當前鏈表的表頭，即頭結點之后。

//頭插法建立單鏈表 LinkedList?LinkedListCreatH()?{Node?*L;L?=?(Node?*)malloc(sizeof(Node));???//申請頭結點空間L->next?=?NULL;??????????????????????//初始化一個空鏈表int?x;?????????????????????????//x為鏈表數據域中的數據while(scanf("%d",&x)?!=?EOF)?{Node?*p;p?=?(Node?*)malloc(sizeof(Node));???//申請新的結點p->data?=?x;?????????????????????//結點數據域賦值p->next?=?L->next;?????//將結點插入到表頭L-->|2|-->|1|-->NULLL->next?=?p;}return?L; }

尾插入法創建單鏈表

如圖所示為尾插入法的創建過程。

頭插法生成的鏈表中，結點的次序和輸入數據的順序不一致。若希望兩者次序一致，則需要尾插法。

該方法是將新結點逐個插入到當前鏈表的表尾上，為此必須增加一個尾指針r, 使其始終指向當前鏈表的尾結點，代碼如下：

//尾插法建立單鏈表LinkedList?LinkedListCreatT()?{Node?*L;L?=?(Node?*)malloc(sizeof(Node));???//申請頭結點空間L->next?=?NULL;??????????????????//初始化一個空鏈表Node?*r;r?=?L;??????????????????????????//r始終指向終端結點，開始時指向頭結點int?x;?????????????????????????//x為鏈表數據域中的數據while(scanf("%d",&x)?!=?EOF)?{Node?*p;p?=?(Node?*)malloc(sizeof(Node));???//申請新的結點p->data?=?x;?????????????????????//結點數據域賦值r->next?=?p;????????????//將結點插入到表頭L-->|1|-->|2|-->NULLr?=?p;}r->next?=?NULL;return?L; }

遍歷單鏈表如打印、修改

從鏈表的頭開始，逐步向后進行每一個元素的訪問，稱為遍歷。

對于遍歷操作，我們可以衍生出很多常用的數據操作，比如查詢元素，修改元素，獲取元素個數，打印整個鏈表數據等等。

進行遍歷的思路極其簡單，只需要建立一個指向鏈表L的結點，然后沿著鏈表L逐個向后搜索即可，代碼如下：

//便利輸出單鏈表 void?printList(LinkedList?L){Node?*p=L->next;int?i=0;while(p){printf("第%d個元素的值為:%d\n",++i,p->data);p=p->next;} }

對于元素修改操作，以下是代碼實現：

//鏈表內容的修改，在鏈表中修改值為x的元素變為為k。 LinkedList?LinkedListReplace(LinkedList?L,int?x,int?k)?{Node?*p=L->next;int?i=0;while(p){if(p->data==x){p->data=k;}p=p->next;}return?L; }

簡單的遍歷設計的函數只需要void無參即可，而當涉及到元素操作時，可以設計一個LinkedList類型的函數，使其返回一個操作后的新鏈表。

插入操作

鏈表的插入操作主要分為查找到第i個位置，將該位置的next指針修改為指向我們新插入的結點，而新插入的結點next指針指向我們i+1個位置的結點。

其操作方式可以設置一個前驅結點，利用循環找到第i個位置，再進行插入。

如圖，在DATA1和DATA2數據結點之中插入一個NEW_DATA數據結點：

從原來的鏈表狀態

到新的鏈表狀態：

代碼實現如下：

//單鏈表的插入，在鏈表的第i個位置插入x的元素LinkedList?LinkedListInsert(LinkedList?L,int?i,int?x)?{Node?*pre;??????????????????????//pre為前驅結點pre?=?L;int?tempi?=?0;for?(tempi?=?1;?tempi?<?i;?tempi++)?{pre?=?pre->next;?????????????????//查找第i個位置的前驅結點}Node?*p;????????????????????????????????//插入的結點為pp?=?(Node?*)malloc(sizeof(Node));p->data?=?x;p->next?=?pre->next;pre->next?=?p;return?L; }

刪除操作

刪除元素要建立一個前驅結點和一個當前結點，當找到了我們需要刪除的數據時，直接使用前驅結點跳過要刪除的結點指向要刪除結點的后一個結點，再將原有的結點通過free函數釋放掉。如圖所示：

代碼如下：

//單鏈表的刪除，在鏈表中刪除值為x的元素LinkedList?LinkedListDelete(LinkedList?L,int?x)?{Node *p,*pre;???????????????????//pre為前驅結點，p為查找的結點。p?=?L->next;while(p->data?!=?x)?{??????????????//查找值為x的元素pre?=?p;p?=?p->next;}pre->next = p->next;??????????//刪除操作，將其前驅next指向其后繼。free(p);return?L; }

雙向鏈表

雙向鏈表的簡介以及概念

單鏈表是指結點中只有一個指向其后繼的指針，具有單向性，但是有時需要搜索大量數據的時候，就需要多次進行從頭開始的遍歷，這樣的搜索就不是很高效了。

在單鏈表的基礎上，對于每一個結點設計一個前驅結點，前驅結點與前一個結點相互連接，構成一個鏈表，就產生了雙向鏈表的概念了。

雙向鏈表可以簡稱為雙鏈表，是鏈表的一種，它的每個數據結點中都有兩個指針，分別指向直接后繼和直接前驅。所以，從雙向鏈表中的任意一個結點開始，都可以很方便地訪問它的前驅結點和后繼結點。

雙向鏈表示意圖

一個完整的雙向鏈表應該是頭結點的pre指針指為空，尾結點的next指針指向空，其余結點前后相鏈。

雙向鏈表的結點設計

對于每一個結點而言，有：

其中，DATA表示數據，其可以是簡單的類型也可以是復雜的結構體；

pre代表的是前驅指針，它總是指向當前結點的前一個結點，如果當前結點是頭結點，則pre指針為空；

next代表的是后繼指針，它總是指向當前結點的下一個結點，如果當前結點是尾結點，則next指針為空

其代碼設計如下：

typedef?struct?line{int?data;???????????//datastruct?line?*pre;???//pre?nodestruct?line?*next;??//next?node }line,*a; //分別表示該結點的前驅(pre)，后繼(next)，以及當前數據(data)

雙鏈表的創建

創建雙向鏈表需要先創建頭結點，然后逐步的進行添加雙向鏈表的頭結點是有數據元素的，也就是頭結點的data域中是存有數據的，這與一般的單鏈表是不同的。

對于逐步添加數據，先開辟一段新的內存空間作為新的結點，為這個結點進行的data進行賦值，然后將已成鏈表的上一個結點的next指針指向自身，自身的pre指針指向上一個結點。

其代碼可以設計為：

//創建雙鏈表 line*?initLine(line?*?head){int?number,pos=1,input_data;//三個變量分別代表結點數量，當前位置，輸入的數據printf("請輸入創建結點的大小\n");scanf("%d",&number);if(number<1){return?NULL;}?//輸入非法直接結束//頭結點創建///head=(line*)malloc(sizeof(line));head->pre=NULL;head->next=NULL;printf("輸入第%d個數據\n",pos++);scanf("%d",&input_data);head->data=input_data;line?*?list=head;while?(pos<=number)?{line?*?body=(line*)malloc(sizeof(line));body->pre=NULL;body->next=NULL;printf("輸入第%d個數據\n",pos++);scanf("%d",&input_data);body->data=input_data;list->next=body;body->pre=list;list=list->next;}return?head; }

雙向鏈表創建的過程可以分為：創建頭結點->創建一個新的結點->將頭結點和新結點相互鏈接->再度創建新結點，這樣會有助于理解。

雙向鏈表的插入操作

如圖所示：

對于每一次的雙向鏈表的插入操作，首先需要創建一個獨立的結點，并通過malloc操作開辟相應的空間；

其次我們選中這個新創建的獨立節點，將其的pre指針指向所需插入位置的前一個結點；

同時，其所需插入的前一個結點的next指針修改指向為該新的結點，該新的結點的next指針將會指向一個原本的下一個結點，而修改下一個結點的pre指針為指向新結點自身，這樣的一個操作我們稱之為雙向鏈表的插入操作。

其代碼可以表示為：

//插入數據 line?*?insertLine(line?*?head,int?data,int?add){//三個參數分別為：進行此操作的雙鏈表，插入的數據，插入的位置//新建數據域為data的結點line?*?temp=(line*)malloc(sizeof(line));temp->data=data;temp->pre=NULL;temp->next=NULL;//插入到鏈表頭，要特殊考慮if?(add==1)?{temp->next=head;head->pre=temp;head=temp;}else{line?*?body=head;//找到要插入位置的前一個結點for?(int?i=1;?i<add-1;?i++)?{body=body->next;}//判斷條件為真，說明插入位置為鏈表尾if?(body->next==NULL)?{body->next=temp;temp->pre=body;}else{body->next->pre=temp;temp->next=body->next;body->next=temp;temp->pre=body;}}return?head; }

雙向鏈表的刪除操作

如圖：

刪除操作的過程是：選擇需要刪除的結點->選中這個結點的前一個結點->將前一個結點的next指針指向自己的下一個結點->選中該節點的下一個結點->將下一個結點的pre指針修改指向為自己的上一個結點。

在進行遍歷的時候直接將這一個結點給跳過了，之后，我們釋放刪除結點，歸還空間給內存，這樣的操作我們稱之為雙鏈表的刪除操作。

其代碼可以表示為：

//刪除元素 line?*?deleteLine(line?*?head,int?data){//輸入的參數分別為進行此操作的雙鏈表，需要刪除的數據line?*?list=head;//遍歷鏈表while?(list)?{//判斷是否與此元素相等//刪除該點方法為將該結點前一結點的next指向該節點后一結點//同時將該結點的后一結點的pre指向該節點的前一結點if?(list->data==data)?{list->pre->next=list->next;list->next->pre=list->pre;free(list);printf("--刪除成功--\n");return?head;}list=list->next;}printf("Error:沒有找到該元素，沒有產生刪除\n");return?head; }

雙向鏈表的遍歷

雙向鏈表的遍歷利用next指針逐步向后進行索引即可。

注意，在判斷這里，我們既可以用while(list)的操作直接判斷是否鏈表為空，也可以使用while(list->next)的操作判斷該鏈表是否為空，其下一節點為空和本結點是否為空的判斷條件是一樣的效果。

其簡單的代碼可以表示為：

//遍歷雙鏈表,同時打印元素數據 void?printLine(line?*head){line?*list?=?head;int?pos=1;while(list){printf("第%d個數據是:%d\n",pos++,list->data);list=list->next;} }

循環鏈表

循環鏈表概念

對于單鏈表以及雙向鏈表，就像一個小巷，無論怎么走最終都能從一端走到另一端，顧名思義，循環鏈表則像一個有傳送門的小巷，當你以為你走到結尾的時候，其實這就是開頭。

循環鏈表和非循環鏈表其實創建的過程唯一不同的是，非循環鏈表的尾結點指向空（NULL），而循環鏈表的尾指針指向的是鏈表的開頭。

通過將單鏈表的尾結點指向頭結點的鏈表稱之為循環單鏈表（Circular linkedlist）

一個完整的循環單鏈表如圖：

循環鏈表結點設計（以單循環鏈表為例）

對于循環單鏈表的結點，可以完全參照于單鏈表的結點設計，如圖：

單向循環鏈表結點

data表示數據；

next表示指針，它總是指向自身的下一個結點，對于只有一個結點的存在，這個next指針則永遠指向自身，對于一個鏈表的尾部結點，next永遠指向開頭。

其代碼如下：

typedef?struct?list{int?data;struct?list?*next; }list; //data為存儲的數據，next指針為指向下一個結點

循環單鏈表初始化

先創建一個頭結點并且給其開辟內存空間，在開辟內存空間成功之后，將頭結點的next指向head自身，創建一個init函數來完成；

為了重復創建和插入，我們可以在init函數重新創建的結點next指向空，而在主函數調用創建之后，將head頭結點的next指針指向自身。

這樣的操作方式可以方便過后的創建單鏈表，直接利用多次調用的插入函數即可完成整體創建。

其代碼如下：

//初始結點 list?*initlist(){list?*head=(list*)malloc(sizeof(list));if(head==NULL){printf("創建失敗，退出程序");exit(0);}else{head->next=NULL;return?head;} }

在主函數重調用可以是這樣

????//初始化頭結點//list?*head=initlist();head->next=head;

循環鏈表的創建操作

如圖所示：

單向循環鏈表的創建

通過逐步的插入操作，創建一個新的節點，將原有鏈表尾結點的next指針修改指向到新的結點，新的結點的next指針再重新指向頭部結點，然后逐步進行這樣的插入操作，最終完成整個單項循環鏈表的創建。

其代碼如下：

//創建——插入數據 int?insert_list(list?*head){int?data;???//插入的數據類型printf("請輸入要插入的元素：");scanf("%d",&data);list?*node=initlist();node->data=data;//初始化一個新的結點，準備進行鏈接if(head!=NULL){list?*p=head;//找到最后一個數據while(p->next!=head){p=p->next;}p->next=node;node->next=head;return?1;}else{printf("頭結點已無元素\n");return?0;}}

循環單鏈表的插入操作

如圖，對于插入數據的操作，可以創建一個獨立的結點，通過將需要插入的結點的上一個結點的next指針指向該節點，再由需要插入的結點的next指針指向下一個結點的方式完成插入操作。

其代碼如下：

//插入元素 list?*insert_list(list?*head,int?pos,int?data){//三個參數分別是鏈表，位置，參數list?*node=initlist();??//新建結點list?*p=head;???????//p表示新的鏈表list?*t;t=p;node->data=data;if(head!=NULL){for(int?i=1;i<pos;i++){t=t->next;??//走到需要插入的位置處}node->next=t->next;t->next=node;return?p;}return?p; }

循環單鏈表的刪除操作

如下圖所示，循環單鏈表的刪除操作是先找到需要刪除的結點，將其前一個結點的next指針直接指向刪除結點的下一個結點即可。

需要注意的是尾結點，因為刪除尾節點后，尾節點前一個結點就成了新的尾節點，這個新的尾節點需要指向的是頭結點而不是空。

其代碼如下：

//刪除元素 int?delete_list(list?*head)?{if(head?==?NULL)?{printf("鏈表為空！\n");return?0;}//建立臨時結點存儲頭結點信息（目的為了找到退出點）//如果不這么建立的化需要使用一個數據進行計數標記，計數達到鏈表長度時自動退出//循環鏈表當找到最后一個元素的時候會自動指向頭元素，這是我們不想讓他發生的list?*temp?=?head;??????????list?*ptr?=?head->next;int?del;printf("請輸入你要刪除的元素：");scanf("%d",&del);while(ptr?!=?head)?{if(ptr->data?==?del)?{if(ptr->next?==?head)?{?temp->next?=?head;free(ptr);return?1;}temp->next?=?ptr->next;????//核心刪除操作代碼free(ptr);//printf("元素刪除成功！\n");return?1;}temp?=?temp->next;ptr?=?ptr->next;}printf("沒有找到要刪除的元素\n");return?0; }

循環單鏈表的遍歷

與普通的單鏈表和雙向鏈表的遍歷不同，循環鏈表需要進行結點的特殊判斷。

先找到尾節點的位置，由于尾節點的next指針是指向頭結點的，所以不能使用鏈表本身是否為空（NULL）的方法進行簡單的循環判斷，我們需要通過判斷結點的next指針是否等于頭結點的方式進行是否完成循環的判斷。

此外還有一種計數的方法，即建立一個計數器count=0，每一次next指針指向下一個結點時計數器+1，當count數字與鏈表的節點數相同的時候即完成循環；

但是這樣做會有一個問題，就是獲取到鏈表的節點數同時，也需要完成一次遍歷才可以達成目標。

其代碼如下：

//遍歷元素 int?display(list?*head)?{if(head?!=?NULL)?{list?*p??=?head;//遍歷頭節點到，最后一個數據while(p->next?!=?head?)?{printf("%d???",p->next->data);p?=?p->next;}printf("\n");???//換行//把最后一個節點賦新的節點過去return?1;}?else?{printf("頭結點為空!\n");return?0;} }

進階概念——雙向循環鏈表

循環單鏈表也有一個孿生兄弟——雙向循環鏈表，其設計思路與單鏈表和雙向鏈表的設計思路一樣，就是在原有的雙向鏈表的基礎上，將尾部結點和頭部結點進行互相連接。交給大家了。

關于鏈表的總結

在順序表中做插入刪除操作時，平均移動大約表中一半的元素，因此對n較大的順序表效率低。并且需要預先分配足夠大的存儲空間，而鏈表恰恰是其中運用的精華。

基于存儲，運算，環境這幾方面考慮，可以讓我們更好的在項目中使用鏈表。

今天鏈表基礎就講到這里，下一期，我們再見！

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的一口气搞懂「链表」，就靠这20+张图了的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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