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C语言数据结构之双链表&循环链表&静态链表详解

2024-04-02 19:04:59 466人浏览八月长安

摘要

目录单链表 VS 双链表双链表双链表的初始化（带头结点）双链表的插入双链表的删除双链表的遍历循环单链表循环双链表循环双链表的初始化循环双链表的插入循环双链表的删除静态链表什么是静态链

单链表 VS 双链表

我们都知道，单链表只有一个指向下一个结点的指针，当我们想要找到前一个结点时就比较麻烦，而双链表拥有两个指针

总的来说：

单链表 —— 无法逆向检索，有时候不太方便
双链表 —— 可进可退，存储密度更低一丢丢

定义双链表结点类型

typedef struct Dnode{
    ElemType data;                //数据域
    struct DNode *prior, *next;    //前驱和后继指针
}DNode, *DLinklist;

双链表

双链表的初始化（带头结点）

定义一个 InitLinklist 函数，参数为双链表的引用，加引用是因为要改变这个双链表

注意：头结点的前驱指针永远指向 NULL

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

typedef int ElemType;

typedef struct DNode{
	ElemType data;				//数据域
	struct DNode *prior, *next;	//前驱和后继指针
}DNode, *DLinklist;

//初始化双链表
bool InitLinklist(DLinklist &L) {
	L = (DNode *)malloc(sizeof(DNode));		//分配一个头结点
	if (L == NULL) return false;			//内存不足，分配失败
	L->prior = NULL;						//头结点的 prior 永远指向 NULL
	L->next = NULL;							//头结点之后暂时还没有结点
	return true;
}

//判断双链表是否为空（带头结点）
bool Empty(DLinklist L) {
	if (L->next == NULL)
		return true;
	else
		return false;
}

void testDLinklist() {
	//初始化双链表
	DLinklist L;
	InitLinklist(L);
}

双链表的插入

后插法

//在p结点之后插入s结点
bool InsertNextDNode(DNode *p, DNode *s) {
	if (p == NULL || s == NULL) return false;	//非法参数

	s->next = p->next;
	if (p->next != NULL)		//如果p结点有后继结点
		p->next->prior = s;
	s->prior = p;
	p->next = s; 
	return true;
}

学会了后插操作，我们也就学会了按位序插入和前插法，大概思路为找到目标结点的前驱结点，然后对其进行后插操作

双链表的删除

//删除p结点的后继结点
bool DeleteNextDNode(DNode *p) {
	if (p == NULL) return false;

	DNode *q = p->next;				//找到p结点的后继结点q
	if (q == NULL) return false;	//p没有后继
	
	p->next = q->next;
	if (q->next != NULL)			//q结点不是最后一个结点
		q->next->prior = p;
	free(p);						//释放结点空间
	return true;
}

//销毁双链表
void DestoryList(DLinklist &L) {
	//循环释放各个数据结点
	while (L->next != NULL) {
		DeleteNextDNode(L);
	}
	free(L);	//释放头结点
	L = NULL;	//头指针指向NULL
}

双链表的遍历

由于双链表不可随机存取，所以按位查找、按值查找等操作都只能用遍历的方式实现，时间复杂度为 O(n)

//后向遍历
while (p != NULL) {
	//对结点p做相应处理，比如打印
	p = p->next;
}

//前向遍历
while (p != NULL) {
	//对结点p做相应处理
	p = p->prior;
}

//前向遍历（跳过头结点）
while (p->prior != NULL) {
	//对结点p做相应处理
	p = p->prior;
}

循环单链表

我们都知道，单链表的表尾结点的 next 指针是指向 NULL，顾名思义，循环单链表的表尾结点的 next 指针就是指向头结点的

循环单链表的优点：从一个结点出发可以找到其他任何一个结点

typedef int ElemType;

typedef struct LNode{
	ElemType data;			//每个节点存放一个数据元素
	struct LNode *next;		//指针指向下一个节点
}LNode, *LinkList;

//初始化一个循环单链表
bool InitList(LinkList &L) {
	L = (LNode *)malloc(sizeof(LNode));		//分配一个头结点
	if (L == NULL) return false;			//内存不足，分配失败
	L->next = L;			//头结点next指针指向头结点
	return true;
}

//判断循环单链表是否为空
bool Empty(LinkList L) {
	if (L->next == L) 
		return true;
	else 
		return false;
}

//判断结点p是否为循环单链表的表尾结点
bool isTail(LinkList L, LNode *p) {
	if (p->next == L)
		return true;
	else 
		return false;
}

循环双链表

双链表：

表头结点的 prior 指向 NULL
表尾结点的 next 指向 NULL

循环双链表

表头结点的 prior 指向表尾结点
表尾结点的 next 指向头结点

循环双链表的初始化

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

typedef int ElemType;

typedef struct DNode{
	ElemType data;				//数据域
	struct DNode *prior, *next;	//前驱和后继指针
}DNode, *DLinklist;

//初始化空的循环双链表
bool InitDLinklist(DLinklist &L) {
	L = (DNode *)malloc(sizeof(DNode));		//分配一个头结点
	if (L == NULL) return false;			//内存不足，分配失败
	L->prior = L;							//头结点的 prior 指向头结点
	L->next = L;							//头结点的 next 指向头结点
	return true;
}

//判断循环双链表是否为空
bool Empty(DLinklist L) {
	if (L->next == L)
		return true;
	else
		return false;
}

//判断结点p是否为循环双链表的表尾结点
bool isTail(DLinklist L, DNode *p) {
	if (p->next = L)
		return true;
	else
		return false;
}

void testDLinklist() {
	//初始化双链表
	DLinklist L;
	InitDLinklist(L);
}

循环双链表的插入

//在p结点之后插入s节点
bool InsertNextDNode(DNode *p, DNode *s) {
    s->next = p->next;
    p->next->prior = s;
    s->prior = p;
    p->next = s;
    return true;
}

循环双链表的删除

//删除p的后继结点q
p->next = q->next;
q->next->prior = p;
free(q);

静态链表

什么是静态链表

单链表：各个结点在内存中星罗棋布、散落天涯

静态链表：分配一整片连续的内存空间，各个结点集中安置，0 号结点充当 “头结点”，下一个结点的数组下标（也称为游标）充当 “指针”，游标为 -1 时表示已经到达表尾

静态链表是用数组的方式来实现的链表，其优点为 —— 增、删操作不需要大量移动元素；缺点为 —— 不能随机存取，只能从头结点开始依次往后查找；容量固定不可变

定义静态链表

#define MaxSize 10            //静态链表的最大长度
struct Node{
    ElemType data;            //存储数据元素
    int next;                //下一个元素的数组下标
};

或者

#define MaxSize 10            //静态链表的最大长度
typedef struct {
    ElemType data;            //存储数据元素
    int next;                //下一个元素的数组下标
} SLinkList[MaxSize];

SLinkList a 相当于 struct Node a[MaxSize]

基本操作的实现

初始化

把 a[0] 的 next 设置为 -1

把空的结点的 next 设置为 -2

查找

从头结点出发依次往后遍历结点

插入位序为 i 的结点

找到一个空的结点，存入数据元素
从头结点出发找到位序为 i-1 的结点
修改新结点的 next
修改 i-1 号结点的 next

删除某个结点

从头结点出发找到前驱结点
修改前驱结点的游标
被删除结点的 next 设置为 -2

顺序表和链表的比较

从逻辑结构来说，顺序表和链表都属于线性表，都是线性结构

从存储结构来说，顺序表采用顺序存储，而链表采用链式存储

顺序表

优点：支持随机存取，存取密度高

缺点：大片连续空间分配不方便，改变容量不方便

链表：

优点：离散的小空间分配方便，改变容量方便

缺点：不可随机存取，存储密度低

从基本操作来看

创

顺序表需要预分配大片连续空间，若分配空间过小，则之后不方便扩展容量；若分配空间过大，则浪费内存资源。如果采取静态分配的方式，则容量不可改变；如果采取动态分配的方式，则容量可改变，但需要移动大量元素，时间代价高
链表只需分配一个头结点（也可以不要头结点，只声明一个头指针），之后方便拓展

销

对链表来说，你只需扫描整个链表，依次删除（free）各个结点即可
对顺序表来说，首先你需要修改 length = 0，如果是采用静态分配的方式，当静态数组的生命周期结束时，系统会自动回收空间；如果是采用动态分配的方式，用 malloc 申请的空间是属于内存中的堆区，在堆区的内存空间不会由系统自动回收，需要我们手动 free

增删