[A08]C 语言单链表/双向链表的建立/遍历/插入/删除

[hylerrix]

最近临近期末的C语言课程设计比平时练习作业一下难了不止一个档次，第一次接触到了 C 语言的框架开发，了解了 View(界面层)、Service(业务逻辑层)、Persistence(持久化层)的分离和耦合，一种面向过程的 MVC 的感觉。而这一切的基础就在于对链表的创建、删除、输出、写入文件、从文件读出......本篇文章在于巩固链表的基础知识（整理自《C语言程序设计教程--人民邮电出版社》第十章——指针与链表），只对链表的概念及增删改查作出探讨，欢迎指教。
 

一、链表结构和静态/动态链表

链表是一种常见的数据结构——与数组不同的是：

1. 数组首先需要在定义时声明数组大小，如果像这个数组中加入的元素个数超过了数组的长度时，便不能正确保存所有内容；链表可以根据大小需要进行拓展。
2. 其次数组是同一数据类型的元素集合，在内存中是按一定顺序连续排列存放的；链表常用malloc等函数动态随机分配空间，用指针相连。

链表结构示意图如下所示：

在链表中，每一个元素包含两个部分；数据部分和指针部分。数据部分用来存放元素所包含的数据，指针部分用来指向下一个元素。最后一个元素的指针指向NULL，表示指向的地址为空。整体用结构体来定义，指针部分定义为指向本结构体类型的指针类型。

静态链表需要数组来实现，即把线性表的元素存放在数组中。数组单元存放链表结点，结点的链域指向下一个元素的位置，即下一个元素所在数组单元的下标。这些元素可能在物理上是连续存放的，也有可能是不连续的，它们之间通过逻辑关系来连接——这就要涉及到数组长度定义的问题，实现无法预知定义多大的数组，动态链表随即出现。

动态链表指在程序执行过程中从无到有地建立起一个链表，即一个一个地开辟结点和输入各结点的数据，并建立起前后相连的关系。
 

二、单链表的建立与遍历

单链表中，每个结点只有一个指针，所有结点都是单线联系，除了末为结点指针为空外，每个结点的指针都指向下一个结点，一环一环形成一条线性链。链表的创建过程：

接下来在源码中建立并遍历输出一个单链表。

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

/*单向链表*/
struct Student/*建立学生信息结构体模型*/ 
{
    char cName[20];/*学生姓名*/
    int iNumber;/*学生学号*/
    struct student *next;/*指向本结构体类型的指针类型*/
};

int iCount;/*全局变量表示链表长度*/ 

struct Student *Create();/*创建链表函数声明*/ 
void print(struct Student *);/*遍历输出链表函数声明*/

int main()
{
    int insert_n=2;/*定义并初始化要插入的结点号*/
    int delete_n=2;/*定义并初始化要删除的结点号*/
    struct Student *pHead;/*声明一个指向学生信息结构体的指针作pHead为头结点传递*/
    pHead=Create();/*创建链表，返回链表的头指针给pHead*/
    print(pHead);/*将指针pHead传入输出函数遍历输出*/
    return 0; 
}

struct Student *Create()
{
    struct Student *pHead=NULL;/*初始化链表，头指针为空*/ 
    struct Student *pEnd,*pNew;
    iCount=0;/*初始化链表长度*/ 
    pEnd=pNew=(struct Student *)malloc(sizeof(struct Student));/*动态开辟一个学生信息结构体类型大小的空间，使得pEnd和pNew同时指向该结构体空间*/
    scanf("%s",pNew->cName);/*从输入流获取第一个学生姓名*/ 
    scanf("%d",&pNew->iNumber);/*从输入流获取第一个学生学号*/ 
    while(pNew->iNumber!=0)/*设定循环结束条件——学号不为0时*/ 
    {
        iCount++;/*链表长度+1，即学生信息个数+1*/ 
        if(iCount==1)/*如果链表长度刚刚加为1，执行*/ 
        {
            pNew->next=pHead;/*使指针指向为空*/
            pEnd=pNew;/*跟踪新加入的结点*/
            pHead=pNew;/*头结点指向首结点*/
        }
        else/*如果链表已经建立，长度大于等于2时，执行*/ 
        {
            pNew->next=NULL;/*新结点的指针为空*/
            pEnd->next=pNew;/*原来的结点指向新结点*/
            pEnd=pNew;/*pEnd指向新结点*/
        }
        pNew=(struct Student *)malloc(sizeof(struct Student));/*再次分配结点的内存空间*/
        scanf("%s",pNew->cName);/*从输入流获取第一个学生姓名*/ 
        scanf("%d",&pNew->iNumber);/*从输入流获取第一个学生学号*/ 
    }
    free(pNew);/*释放结点空间*/
    return pHead;/*返回创建出的头指针*/ 
}

void print(struct Student *pHead)
{
    struct Student *pTemp;/*定义指向一个学生信息结构体类型的临时指针*/ 
    int iIndex=1;/*定义并出事哈变量iIndex，用来标识第几个学生（信息）*/ 
    printf("总共%d个学生（信息）：\n",iCount);
    pTemp=pHead;/*指针得到首结点的地址*/ 
    while(pTemp!=NULL)/*当临时指针不指向NULL时*/ 
    {
        printf("第%d个学生信息：\n",iIndex); 
        printf("姓名：%s",pTemp->cName); /*输出姓名*/
        printf("学号：%d",pTemp->iNumber);/*输出学号*/
        pTemp=pTemp->next;/*移动临时指针到下一个结点*/ 
        iIndex++;/*进行自加运算*/ 
    }
}

三、单链表的插入与删除

在本实例中，插入时根据传递来的学号，插入到其后。删除时根据其所在链表的位置，删除并释放该空间。主函数增加如下：

int main()
{
    int insert_n=2;/*定义并初始化要插入的结点号*/
    int delete_n=2;/*定义并初始化要删除的结点号*/
    struct Student *pHead;/*声明一个指向学生信息结构体的指针作pHead为头结点传递*/
    pHead=Create();/*创建链表，返回链表的头指针给pHead*/
    pHead=Insert(pHead,insert_n);/*将指针pHead和要插入的结点数传递给插入函数*/
    print(pHead);/*将指针pHead传入输出函数遍历输出*/
    Delete(pHead,delete_n);/*将指针pHead和要删除的结点数传递给删除函数*/
    print(pHead);/*将指针pHead传入输出函数遍历输出*/
    return 0; 
}

插入函数：

struct Student *Insert(struct Student *pHead,int number)
{
    struct Student *p=pHead,*pNew;/*定义pNew指向新分配的空间*/ 
    while(p&&p->iNumber!=number)
        p=p->next;/*使临时结点跟踪到要插入的位置（该实例必须存在学号为number的信息，插入其后，否则出错）*/ 
    printf("姓名和学号：\n");
    /*分配内存空间，返回该内存空间的地址*/ 
    pNew=(struct Student *)malloc(sizeof(struct Student));
    scanf("%s",pNew->cName);
    scanf("%d",&pNew->iNumber);
    pNew->next=p->next;/*新结点指针指向原来的结点*/
    p->next=pNew;/*头指针指向新结点*/
    iCount++;/*增加链表结点数量*/ 
    return pHead;/*返回头指针*/ 
}

删除函数：

void Delete(struct Student *pHead,int number)
{
    int i;
    struct Student *pTemp;/*临时指针*/ 
    struct Student *pPre;/*表示要删除结点前的结点*/ 
    pTemp=pHead;/*得到链表的头结点*/ 
    pPre=pTemp;
    for(i=0;i<number;i++)
    {/*通过for循环使得Temp指向要删除的结点*/ 
        pPre=pTemp;
        pTemp=pTemp->next; 
    }
    pPre->next=pTemp->next;/*连接删除结点两边的结点*/ 
    free(pTemp);/*释放要删除结点的内存空间*/ 
    iCount--;/*减少链表中的结点个数*/ 
}

四、双向链表的概念

双向链表基于单链表。单链表是单向的，有一个头结点，一个尾结点，要访问任何结点，都必须知道头结点，不能逆着进行。而双链表添加了一个指针域，通过两个指针域，分别指向结点的前结点和后结点。这样的话，可以通过双链表的任何结点，访问到它的前结点和后结点。

在双向链表中，结点除含有数据域外，还有两个链域，一个存储直接后继结点的地址，一般称为右链域；一个存储直接前驱结点地址，一般称之为左链域。

双向链表结构示意图：

五、双向链表的建立与遍历

双向链表的源码实战和单链表类似，只是多了第二个指针域的控制，这里直接贴上没有注释的源代码。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <malloc.h>
#define N 10

typedef struct Node
{
    char name[20];
    struct Node *llink,*rlink;
}STUD;

STUD *creat(int);void print(STUD *);

int main()
{
    int number;
    char studname[20];
    STUD *head,*searchpoint;
    number=N;
    head=creat(number);
    print(head);
    printf("请输入你要查找的人的姓名：");
    scanf("%s",studname);
    searchpoint=search(head,studname);
    printf("你所要查找的人的姓名是：%s",*&searchpoint->name); 
    return 0;
}

STUD *creat(int n)
{
    STUD *p,*h,*s;
    int i;
    if((h=(STUD *)malloc(sizeof(STUD)))==NULL)
    {
        printf("不能分配内存空间");
        exit(0);        
    }
    h->name[0]='\0';
    h->llink=NULL;
    h->rlink=NULL;
    p=h;
    for(i=0;i<n;i++)
    {
        if((s=(STUD *)malloc(sizeof(STUD)))==NULL)
        {
        printf("不能分配内存空间");
        exit(0);        
        }
        p->rlink=s;
        printf("请输入第%d个人的姓名",i+1);
        scanf("%s",s->name);
        s->llink=p;
        s->rlink=NULL;
        p=s;
    }
    h->llink=s;
    p->rlink=h;
    return(h);
}

void print(STUD *h)
{
    int n;
    STUD *p;
    p=h->rlink;
    printf("数据信息为：\n");
    while(p!=h)
    {
        printf("%s ",&*(p->name));
        p=p->rlink;
    }
    printf("\n");
}

六、双向链表的元素查找

查找函数 STUD *search(STUD *,char *);

STUD *search(STUD *h,char *x)
{
    STUD *p;
    char *y;
    p=h->rlink;
    while(p!=h)
    {
        y=p->name;
        if(strcmp(y,x)==0)
            return(p);
        else
            p=p->rlink;
    }
    printf("没有查到该数据！");
}

七、循环链表的概念

类似于单链表，循环链表也是一种链式的存储结构，由单链表演化而来。单链表的最后一个结点的指针指向NULL，而循环链表的最后一个结点的指针指向链表头结点。这样头尾相连，形成了一个环形的数据链。循环链表的建立不需要专门的头结点。判断循环链表是否为尾结点时，只需判断该节点的指针域是否指向链表头节点。

八、合并两个链表的实例

建立两个带头节点的学生链表，每个节点包含学号、姓名和成绩，链表都按学号升序排列，将它们合并为一个链表仍按学号升序排列。算法分析：

合并链表用merge()函数实现。函数中定义3个工作指针a、b、c，其中a、b分别指向La链表、Lb链表的当前结点，C指向合并后的链表尾结点。合并后链表的头结点共用La链表的头结点。

1. 合并前，先让a和b分别指向两个链表的第一个结点，c指向La链表的头结点。
2. 合并时应该分3种情况讨论，即La和Lb都没有处理完；La没处理完，但Lb处理完毕；Lb没处理完，但La处理完毕。
3. 合并过程中应始终将La和Lb链表中较小的一个链接在Lc中，方能保持有序。

void merge(struct stud *La,struct stud *Lb)
{
    struct stud *a,*b,*c;
    c=La;
    a=La->next;/* 合并前 */
    b=Lb->next;
    while(a!=NULL && b!=NULL)/* La和Lb都没处理完 */
    {
        if(a->num <= b->num)
        {
            c->next=a;
            c=a;
            a=a->next;
        }
        else
        {
            c->next=b;
            c=b;
            b=b->next;
        }
    }
    if(a!=NULL)
        c->next=a;/* 若La没有处理完 */
    else
        c->next=b;/* 若Lb没有处理完 */
    free(Lb); /* 释放Lb的头结点 */
}

九、实战

亲自将《C语言程序设计教程--人民邮电出版社》第十章——综合实例影片信息管理系统补成一个完整的程序。

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

// 没有
// 每重新进一次main()，都产生一层函数嵌套，很多次后会发生什么 

typedef struct Movie
{
    int id;/*影片编号*/
    char name[20];/*影片名称*/
    char director[10];/*导演*/
    char actor[20];/*主演*/
    char date[10];/*上映日期*/
    float score;/*影片评分*/
    struct Movie *next;/*指向下一个节点的指针*/
}Film;

int iCount;
Film *pMain=NULL;

void menu();/*菜单*/ 
Film *Create();/*创建链表函数声明*/
void printAll(Film *head);/*显示所有影片的信息*/
Film *findFilm(Film *,int);/*查询影片信息*/
void printFilm(Film *Film);/*输出单个影片信息*/
void modifyFilm(Film *,int);/*修改影片信息*/
void deleteFilm(Film *,int);/*删除影片信息*/

/* 统计链表长度，这里由iCount代替 */ 
//int length(Film *);/*显示影片总数*/ 

int main()
{
    menu();
    return 0;
}

void menu()
{
    int choice;
    int id;
    printf("\n\n");
    printf("\t------------------------------------\n");
    printf("\t|     欢迎使用影片信息管理系统     |\n");
    printf("\t------------------------------------\n");
    printf("\t|          1-录入影片信息          |\n");
    printf("\t|          2-查询影片信息          |\n");
    printf("\t|          3-修改影片信息          |\n");
    printf("\t|          4-删除影片信息          |\n");
    printf("\t|          5-显示所有影片          |\n");
    printf("\t|          6-  影片总数            |\n");
    printf("\t|          7-  退出程序            |\n");
    printf("\t请选择功能 1-7 ：");
    scanf("%d",&choice);
    getchar();
    system("cls");
    switch(choice)
    {
        case 1:
            pMain=Create(); 
            if(pMain==NULL)
                printf("\t录入出错了 =、=\n");
            else
            {
                system("cls");
                printf("\t成功录入%d个影片信息\n",iCount);
            } 
            menu();
            break;
        case 2:
            if(pMain==NULL)
            {
                printf("\t没有任何影片可供查询\n");
            }
            else
            {
                printf("\t输入查询的id：");
                scanf("%d",&id);
                printFilm(findFilm(pMain,id));
            }
            menu();
            break;
        case 3:
            if(pMain==NULL)
            {
                printf("\t没有任何影片可供修改\n");
            }
            else
            {
                printf("\t输入修改的id：");
                scanf("%d",&id);
                modifyFilm(pMain,id);
                system("cls");
                printf("\t修改成功\n");
            }
            menu();
            break;
        case 4:
            if(pMain==NULL)
            {
                printf("\t没有任何影片可供删除\n");
            }
            else
            {
                printf("\t输入删除的id：");
                scanf("%d",&id);
                deleteFilm(pMain,id); 
                system("cls");
                printf("\t删除成功\n");
            }
            menu();
            break;
        case 5:
            if(pMain==NULL)
            {
                printf("\t没有任何影片可供显示\n");
                menu();
            }
            else
                printAll(pMain);
            menu();
            break;
        case 6:
            printf("\t影片总数为：%d",iCount);
            menu();
            break;
        case 7:
            exit(0);
            break;
        default:
            menu();
            break;
    }
}

Film *Create()
{
    int flag;
    Film *pHead=NULL;
    Film *pNew,*pEnd;
    Film *qq;
    pEnd=pNew=(Film *)malloc(sizeof(Film));
    iCount=0;
    printf("\n\n\t该录入将重新赋值。\n");
    printf("\t请输入影片编号：");
    scanf("%d",&pNew->id);
    printf("\t请输入影片名称：");
    scanf("%s",pNew->name);
    printf("\t请输入导演：");
    scanf("%s",pNew->director);
    printf("\t请输入主演：");
    scanf("%s",pNew->actor);
    printf("\t请输入上映日期：");
    scanf("%s",pNew->date);
    printf("\t请输入影片评分：");
    scanf("%f",&pNew->score);
    printf("\n");
    printf("\t是否继续输入(1继续，其它则退出并返回主菜单):");
    scanf("%d",&flag);
    while(flag==1)
    {
        iCount++;
        if(iCount==1)
        {
            pNew->next=pHead;
            pEnd=pNew;
            pHead=pNew;
        }
        else
        {
            pNew->next=NULL;
            pEnd->next=pNew;
            pEnd=pNew;
        }
        pNew=(Film *)malloc(sizeof(Film));
        printf("\t请输入影片编号：");
        scanf("%d",&pNew->id);
        printf("\t请输入影片名称：");
        scanf("%s",pNew->name);
        printf("\t请输入导演：");
        scanf("%s",pNew->director);
        printf("\t请输入主演：");
        scanf("%s",pNew->actor);
        printf("\t请输入上映日期：");
        scanf("%s",pNew->date);
        printf("\t请输入影片评分：");
        scanf("%f",&pNew->score);
        printf("\n");
        printf("\t是否继续输入(1继续，其它则退出并返回主菜单):");
        scanf("%d",&flag);
    }
    iCount++;
    pNew->next=NULL;
    pEnd->next=pNew;
    pEnd=pNew;
    pNew=(Film *)malloc(sizeof(Film));
    free(pNew);
    return(pHead);
}

void printAll(Film *head)
{
    Film *p=head;
    if(p)/*链表不为空时才输出表头*/ 
    {
        printf("    编号    名称    导演    主演    上映时间    评分    \n");
        printf("--------------------------------------------------------\n");
    }
    while(p)/*遍历链表，输出每个结点的信息*/
    {
        printf("\t%d\t%s\t%s\t%s\t%s\t\t%f\n",p->id,p->name,p->director,p->actor,p->date,p->score);
        p=p->next;
    }
}

Film *findFilm(Film *head,int id)
{
    Film *p=head;
    while(p&&p->id!=id)/*如果p不为空并且p不是要找的结点*/ 
        p=p->next;/*令p指向下一个结点*/ 
    return p;
}

void printFilm(Film *film)
{
    if(!film)/*如果指针为空，即不存在该结点*/ 
        printf("\t%s\n","没有查询到该影片的信息，请检查输入");
    else/*若指针不为空则输出影片信息*/ 
    {
        printf("    编号    名称    导演    主演    上映时间    评分    \n");
        printf("--------------------------------------------------------\n");
        printf("\t%d\t%s\t%s\t%s\t%s\t\t%f\n",film->id,film->name,film->director,film->actor,film->date,film->score);
    }
}

void modifyFilm(Film *head,int id)
{
    Film *p=findFilm(head,id);/*首先查找该id的影片，将结果保存在p中*/ 
    if(p)/*如果查找到影片，则可以修改*/ 
    {
        printf("\t======================================================\n");
        printf("\t               ***** 修改影片信息 *****               \n");
        printf("\t======================================================\n");
        printf("该影片的信息如下：\n");
        printFilm(p);
        printf("\t请输入影片编号：");
        scanf("%d",&p->id);
        printf("\t请输入影片名称：");
        scanf("%s",p->name);
        printf("\t请输入导演：");
        scanf("%s",p->director);
        printf("\t请输入主演：");
        scanf("%s",p->actor);
        printf("\t请输入上映日期：");
        scanf("%s",p->date);
        printf("\t请输入影片评分：");
        scanf("%f",&p->score);
    }
    else
        printf("\t未查询到该影片的信息，请检查输入.\n");
}

void deleteFilm(Film *head,int id)
{
    Film *q,*p=head;
    if(head->id==id)/*如果要删除的是头结点*/ 
    {
        head=(head->next);
        free(p);
    }
    else/*若要删除的不是头结点*/ 
    {
        while(p)/*遍历链表寻找要删除的结点*/ 
        {
            if(p->id==id)
            {
                q->next=p->next;
                free(p);/*释放内存空间*/ 
                break;
            }
            q=p;/*q为p的前驱结点*/ 
            p=p->next;
        }
    }
}

/* 统计链表长度，这里由iCount代替 */ 
//int length(Film *head)/*统计链表长度*/ 
//{
//    Film *p=head;
//    int count=0;
//    while(p)/*遍历链表*/ 
//    {
//        p=p->next;
//        ++count;
//    }
//    return count;
//}

拓展思维、(•̀ᴗ•́)و ̑̑

既然双向链表可以多出一个指针域用来指向前一个结点，用llink和rlink区分这两个指针域；那么有没有可能再多几个指针域来放ulink和dlink呢（指向上面的结点和指向下面的结点）？这样就构成了形象的二维链表而不是一维链表了。当然，在物理内存上这些链表依然是线性关系。理论可以实现，那么三维链表呢？画面太美，有待自己下学期大二学数据结构的时候再拓展。

• Hello，我是韩亦乐，现任本科软工男一枚。软件工程专业的一路学习中，我有很多感悟，也享受持续分享的过程。如果想了解更多或能及时收到我的最新文章，欢迎订阅我的个人微信号：韩亦乐。我的简书个人主页中，有我的订阅号二维码和 Github 主页地址；[我的知乎主页]中也会坚持产出，欢迎关注。
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( ﹡ˆoˆ﹡ )

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你好，我是陈晓莹，我已经收到您的邮件了，辛苦你了~谢谢