数据结构之线性表——链表的链式存储（链式描述）

1 基本概念

链式存储定义：为了表示每个数据元素与其直接后继元素之间的逻辑关系，每个元素除了存储本身的信息外，还需要存储指示其直接后继的信息。在线性表的链式描述中，线性表的元素在内存中的存储位置是随机的。每个元素都有一个明确的指针指向线性表的下一个元素的位置。在顺序表中元素的的地址是按照顺序排序的，在链式描述中，元素的地址是随机的。

 

链表的链式存储示意图

链式存储头结点：表示链表中的第一个节点，包含指向第一个数据元素的指针以及链表自身的一些信息

链式存储的数据节点：链表中代表数据元素的节点，包含指向下一个数据元素的指针和数据元素的信息

链式存储的尾节点：链表中最后一个数据元素的节点，其下一元素指针为空，表示没有后继结点

2 链表技术领域推演

思考：怎样才能让链式链表的业务节点和算法进行分离？

链表领域的技术推演图：

（1）传统链表：

（2）Linux内核链表

（3）企业通用链表

本文线性表的链式存储方式的实现就是采用第三种方式的链表。

3 链表的具体实现分析

（1）节点指针域定义

typedef struct _tag_LinkListNode{struct _tag_LinkListNode* next;}LinkListNode;

（2）头结点定义

typedef struct _tag_LinkList{LinkListNode header;//包含指针域节点intlength;//头结点自身的信息}TLinkList;

（3）数据元素定义示例

typedef struct _Teacher{LinkListNode node;//包含指针域节点//下面是业务域charname[32];intage ;}Teacher;

（4）链表的创建

LinkList* LinkList_Create()  //O(1){TLinkList *tmp = NULL;tmp = (TLinkList *)malloc(sizeof(TLinkList));//申请一个头结点空间if (tmp == NULL){printf("func LinkList_Create() err \n");return NULL;}memset(tmp, 0, sizeof(TLinkList));tmp->length = 0;//将链表的长度置为0tmp->header.next = NULL; //链表头结点的指针域指向NULLreturn tmp;//返回头结点}

（5）链表的销毁

void LinkList_Destroy(LinkList* list)  //O(1){if (list == NULL)//链表节点的生命周期由调用者负责，也就是main()函数负责，链表的销毁只需释放头结点空间{return ;}free(list);//释放头结点空间return ;}

（6）链表的清空

void LinkList_Clear(LinkList* list)   //O(1){TLinkList *tList = NULL;tList = (TLinkList *)list;//链表的清空只是将头结点的指针域指向NULL,以及链表的长度length赋值为0if (tList == NULL){return ;}tList->header.next = NULL;tList->length = 0;return ;}

（7）链表的长度

int LinkList_Length(LinkList* list)  //O(1){TLinkList *tList = NULL;tList = (TLinkList *)list;if (tList == NULL){return -1;}return tList->length;//链表的长度返回头结点中的length}

（8）链表的插入

int LinkList_Insert(LinkList* list, LinkListNode* node, int pos)  //O(n){inti = 0;LinkListNode*current = NULL;TLinkList*tList = NULL;tList = (TLinkList *)list;if (list==NULL || node==NULL || pos<0){return -1;}current = &(tList->header);//当前节点指向头结点指针域for (i=0; i<pos; i++)//current节点跳到要插入节点的头一个结点{current = current->next;}//新结点 连接 后继链表node->next = current->next;//node的节点的指针域指向current节点的下一个节点//前面的链表 连接 新结点current->next = node;//current节点的指针域指向node节点tList->length ++;//链表的长度加一return 0;}

（9）获取链表元素

LinkListNode* LinkList_Get(LinkList* list, int pos)  //O(n){inti = 0;LinkListNode*current = NULL;TLinkList*tList = NULL;tList = (TLinkList *)list;if (list==NULL || pos<0){return NULL;}current = &(tList->header); //赋值指针变量初始化for (i=0; i<pos; i++){current = current->next;//current指针向后跳}return current->next;//返回current指向节点的下一个节点的}

（10）删除链表某一位置元素

LinkListNode* LinkList_Delete(LinkList* list, int pos) //O(n){inti = 0;LinkListNode*current = NULL;LinkListNode*ret = NULL;TLinkList*tList = NULL;tList = (TLinkList *)list;if (list==NULL || pos<0){return NULL;}current = &(tList->header);for (i=0; i<pos; i++){current = current->next;}ret = current->next; //缓存要删除的结点current->next = ret->next;tList->length --;return ret;}

4 具体的实现代码

//LinkList.h#ifndef _MYLINKLIST_H_#define _MYLINKLIST_H_typedef void LinkList;//链表的句柄typedef struct _tag_LinkListNode{struct _tag_LinkListNode* next;}LinkListNode;LinkList* LinkList_Create();void LinkList_Destroy(LinkList* list);void LinkList_Clear(LinkList* list);int LinkList_Length(LinkList* list);int LinkList_Insert(LinkList* list, LinkListNode* node, int pos);LinkListNode* LinkList_Get(LinkList* list, int pos);LinkListNode* LinkList_Delete(LinkList* list, int pos);#endif

//LinkList.cpp#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include <stdlib.h>#include <string.h>#include <stdio.h>#include "linklist.h"typedef struct _tag_LinkList{LinkListNode header;intlength;}TLinkList;//LinkList* LinkList_Create()  //O(1){TLinkList *tmp = NULL;tmp = (TLinkList *)malloc(sizeof(TLinkList));//申请一个头结点空间if (tmp == NULL){printf("func LinkList_Create() err \n");return NULL;}memset(tmp, 0, sizeof(TLinkList));tmp->length = 0;//将链表的长度置为0tmp->header.next = NULL; //链表头结点的指针域指向NULLreturn tmp;//返回头结点}void LinkList_Destroy(LinkList* list)  //O(1){if (list == NULL)//链表节点的生命周期由调用者负责，也就是main()函数负责，链表的销毁只需释放头结点空间{return ;}free(list);//释放头结点空间return ;}void LinkList_Clear(LinkList* list)   //O(1){TLinkList *tList = NULL;tList = (TLinkList *)list;//链表的清空只是将头结点的指针域指向NULL,以及链表的长度length赋值为0if (tList == NULL){return ;}tList->header.next = NULL;tList->length = 0;return ;}int LinkList_Length(LinkList* list)  //O(1){TLinkList *tList = NULL;tList = (TLinkList *)list;if (tList == NULL){return -1;}return tList->length;//链表的长度返回头结点中的length}int LinkList_Insert(LinkList* list, LinkListNode* node, int pos)  //O(n){inti = 0;LinkListNode*current = NULL;TLinkList*tList = NULL;tList = (TLinkList *)list;if (list==NULL || node==NULL || pos<0){return -1;}current = &(tList->header);//当前节点指向头结点指针域for (i=0; i<pos; i++)//current节点跳到要插入节点的头一个结点{current = current->next;}//新结点 连接 后继链表node->next = current->next;//node的节点的指针域指向current节点的下一个节点//前面的链表 连接 新结点current->next = node;//current节点的指针域指向node节点tList->length ++;//链表的长度加一return 0;}LinkListNode* LinkList_Get(LinkList* list, int pos)  //O(n){inti = 0;LinkListNode*current = NULL;TLinkList*tList = NULL;tList = (TLinkList *)list;if (list==NULL || pos<0){return NULL;}current = &(tList->header); //赋值指针变量初始化for (i=0; i<pos; i++){current = current->next;//current指针向后跳}return current->next;//返回current指向节点的下一个节点的}LinkListNode* LinkList_Delete(LinkList* list, int pos) //O(n){inti = 0;LinkListNode*current = NULL;LinkListNode*ret = NULL;TLinkList*tList = NULL;tList = (TLinkList *)list;if (list==NULL || pos<0){return NULL;}current = &(tList->header);for (i=0; i<pos; i++){current = current->next;}ret = current->next; //缓存要删除的结点current->next = ret->next;tList->length --;return ret;}

//test.cpp#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include <stdlib.h>#include <string.h>#include <stdio.h>#include "linklist.h"typedef struct _Teacher{LinkListNode node;//包含指针域节点//下面是业务域charname[32];intage ;}Teacher;void main(){LinkList*list = NULL;inti = 0;Teacher t1, t2, t3, t4, t5, t6;//节点生命周期在这里由main函数管理t1.age = 31;t2.age = 32;t3.age = 33;t4.age = 34;t5.age = 35;t6.age = 36;list = LinkList_Create();//思考1: 业务节点 和 链表算法是如何分离//思考2:  业务节点的生命周期 归谁管...//插入元素LinkList_Insert(list, (LinkListNode *)&t1, 0);LinkList_Insert(list, (LinkListNode *)&t2, 0);LinkList_Insert(list, (LinkListNode *)&t3, 0);LinkList_Insert(list, (LinkListNode *)&t4, 0);LinkList_Insert(list, (LinkListNode *)&t5, 0);LinkList_Insert(list, (LinkListNode *)&t6, 3);//遍历链表for (i=0; i<LinkList_Length(list); i++){Teacher *tmp = (Teacher *)LinkList_Get(list, i);if (tmp == NULL){return ;}printf("age:%d \n", tmp->age);}//删除链表结点while (LinkList_Length(list) > 0){Teacher *tmp = (Teacher *)LinkList_Delete(list, 0);if (tmp == NULL){return ;}printf("age:%d \n", tmp->age);}LinkList_Destroy(list);printf("hello...\n");system("pause");return ;}

5 链表的链式存储优缺点

优点：

（1）无需一次性定制链表的容量

（2）插入和删除操作无需移动数据元素

缺点：

（1）数据元素必须保存后继元素的位置信息

（2）获取指定数据的元素操作需要顺序访问之前的元素