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单链表引言🐙

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数据结构中有 四大基础结构 ，即 四大线性表：顺序表、链表👻 、栈、队列

线性结构	逻辑结构图示：
顺序表
链表
栈
队列

上一篇文章的内容是：顺序表，从上一篇文章 可以看出 顺序表 存在非常明显的缺点：

详情可看本篇文章：
🐙 【神秘海域】[动图] 顺序表千字破解~ 🐙

1. 前插、前删操作 的时间复杂度为 O(N)
2. 需要增容，增容过程比较消耗资源（需要开辟新空间，拷贝数据，释放旧空间等）
3. 增容一般是呈2倍的增长，势必会有一定的空间浪费。（例如：当前容量为100，满了以后增容到200，但是只继续插入了5个数据，后面不再使用，那么就浪费了95个数据空间）

为了解决以上的问题，又提出了一种新的数据结构：链表
本篇文章将详细介绍 链表 中 单链表 的 结构、 增、 删、 查、 改、 插入 等操作。

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链表🐙

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链表的分类🪸

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上面展示的链表结构是单链表，其实链表有许多不同的结构：

1. 单链表
   
2. 双向链表
   
3. 带头结点的单链表
   
4. 带头结点的双向链表
   
5. 循环单链表
   
6. 循环双向链表
   
7. 带头结点的单向循环链表
   
8. 带头结点的双向循环链表
   

链表的结构有这 八 种，但是大部分都是不常用的。
常用的链表结构只有两种：

1. 不带头节点的单向非循环链表
2. 带头节点的双向循环链表

【神秘海域】数据结构与算法 系列，也只会着重介绍这 两种链表结构 ，简单来说只要掌握了这两种链表结构，其他的链表结构就应该都不成问题

本篇文章介绍的内容就是 不带头节点的单向非循环链表，一般直接被称为 单链表👻

单链表的结构🪸

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单链表的结构 非常的简单，在实际的使用中，单链表一般作为更高级数据结构的子结构来使用。

引言的表中，简单表示了 单链表的结构 ：

是有一个一个节点链接在一起形成的，不过这只是逻辑结构，逻辑顺序是通过 链表中的指针链接次序 实现的，而实际的链表是一种 物理存储结构上 非连续、非顺序 的存储结构，即 这些 单个的节点在内存中不一定是连续存放的 。

详细的实际情况应该是这样的：

即：单链表在 逻辑上是连续的 ，一个连着一个，但是在 物理结构上是不一定连续的 。
而且可以看出，单链表中 单个节点的结构 由一个 数据单元(存放数据) 和一个 指针单元(存放下个节点的地址) 构成。这样可以保证 链表可以向后链接。

所以 单链表结构中单个节点 的代码就应该包括两个部分：数据 和 next指针
实现就为：

typedef int SLTDataType;        // int typedef 为 SLTDataType// 单链表(SingleList)结构
typedef struct SListNode
{SLTDataType val;               // val 用来存放数据struct SListNode* next;       // next 存放下一节点地址，用来指向下一节点 
}SListNode;

这就是单链表一个节点的结构。

单链表接口及实现🪸

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链表 与 顺序表 一样，几乎所有的操作都是由一个个 接口函数 来完成的。

但是，链表 是由一个个单独的节点连接起来而构成的，而顺序表本质上是 一个数组。

所以对于链表的接口，首先需要一个 申请单独节点的接口函数 ，然后再进行其他的操作
即，一般 单链表的接口函数 有：

1. 新申请节点：BuySLTNode
2. 单链表打印：SListPrint
3. 单链表尾插：SListPushBack
4. 单链表头插：SListPushFront
5. 单链表尾删：SListPopBack
6. 单链表头删：SListPopFront
7. 单链表查找：SListPushBack
8. 单链表插入：SListPushFront
9. 单链表删除：SListPushBack
10. 单链表销毁：SListPushFront

先从新节点申请开始。

新节点申请🐚

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单链表节点的申请，实现的功能一般是
创建一个 新的节点指针 ，然后将 节点指针作为返回值 返回到 需要使用的此节点的地方

既然需要返回，那么就必然需要用动态开辟来实现：

SListNode* BuySLTNode(SLTDataType x)
{SListNode* newNode = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode));if(newNode == NULL){printf("BuyNode fail.\n");exit(-1);}// malloc 成功newNode->val = x;            // 将新节点val 赋予 xnewNode->next = NULL;        // 将新节点的next 指向空return newNode;              // 返回新节点
}

返回接收后，就可以使用新的节点。

单链表尾插🐚

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单链表尾插就是在 链表的尾节点之后 插入节点

那么思考一下，尾插都需要实现什么功能：

1. 需要申请 存放有指定数据 的新节点
2. 需要将新节点 链接到链表的末尾

功能有了，那就来实现一下

void SListPushBack(SListNode* phead, SLTDataType x)
{assert(pnode);SListNode* newNode = BuyNode(x);SListNode* tail = phead;        //记录首节点while(tail->next != NULL){// 从首节点开始找尾tail = tail->next;}// 退出循环就代表找到尾节点tail->next = newNode;
}

代码实现完毕，尾插来验证一下。

但是发现，程序非正常结束了。为什么？
调试！

但是当我继续 F10 希望进入循环时：

发生了访问冲突。
为什么发生了访问冲突？

分析!

分析过程：
首先看一下进入循环的条件是什么：
while(tail->next != NULL)
当前的 tail 是什么：
tail == phead == NULL
破案了
当前的 tail == NULL ， tail 根本就没有 next ，如果对 tail->next 进行访问 可不就是访问冲突吗？
看来刚才写的代码考虑的不全面

那么就来分析一下，有什么问题没有考虑到：
tail 为空，说明了什么问题？
tail 是首节点的记录，tail 为空就代表传过来的 首节点为空
也就是说，当前 链表中没有一个节点

看来是这种情况(当插入的节点是链表的首节点)没有考虑到
那就再分析一下这种情况怎么解决

1. 首先，当 phead 为空时，应该单独判断
   如果 phead == NULL ，首节点 就应该更变为 需要插入的这个新节点
2. 这样的操作更改了传入的参数，那么就又引发了另外一个问题
   改变形参是不改变原值的，但是又需要 改变原值，所以形参应该传入 首节点的地址 ，通过地址改变原值

OK，现在情况应该考虑完整了

再来重新实现代码：

// 单链表尾插
void SListPushBack(SListNode** pphead, SLTDataType x)
{// 传首节点指针 的地址，要用**assert(pphead);				// 断言 首节点指针的地址不为空SListNode* newNode = BuySLTNode(x);// 首节点为空，将新节点变为首节点if (*pphead == NULL){*pphead = newNode;return;}// 首节点不为空就 找尾SListNode* tail = *pphead;        //记录首节点while (tail->next != NULL){// 从首节点开始找尾tail = tail->next;}// 退出循环就代表找到尾节点tail->next = newNode;
}

多尾插几个数据试验一下：

这样就没问题了~

单链表打印🐚

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实现了 尾插 之后，如果每次查看数据都需要 调试 然后 监视，也太麻烦了

所以一般需要实现一个打印函数，打印函数没有那么多的注意点

实现一下：

// 单链表打印
void SListPrint(SListNode* phead)
{SListNode* cur = phead;while (cur != NULL){// cur 为空时退出循环printf("%d->", cur->val);cur = cur->next;}printf("NULL\n");
}

打印刚才实现的单链表：

单链表尾删🐚

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实现过 尾插 和 打印
再实现一下 尾删

因为 尾删 也是改变 单链表节点 的函数，当删除链表 最后一个节点 的时候 也是需要改变 原值 的，所以传参也需要 传入首节点指针的地址

而且，因为单链表 只能从前向后找，不能从后向前找，所以如果要删除尾节点，当前位置需要处于 尾节点的前一节点，或者可以保存尾节点的前一节点。

如果需要 控制当前节点在尾节点的前一节点停下 ，就需要 用 cur->next->next != NULL 作找尾循环条件
但是这样需要保证 链表至少有两个节点 ，所以 空链表 和 只有一个节点的链表 需要单独控制

实现：

// 单链表尾删
void SListPopBack(SListNode** pphead)
{assert(pphead);// 空链表if (*pphead == NULL)return;// 只有一个节点if ((*pphead)->next == NULL){free(*pphead);*pphead = NULL;return;}// 多个节点SListNode* cur = *pphead;while (cur->next->next != NULL){cur = cur->next;}// 退出循环时，cur即在尾节点的前一节点处free(cur->next);			// 释放cur的next节点(尾节点)cur->next = NULL;			// cur->next 指向空/* 或者用前后指针的方法，将 cur 的前一个节点存储起来SListNode* prev = NULL;SListNode* cur = *pphead;while(cur->next != NULL){prev = cur;				// 每次进入循环先将 cur 用prev存储起来cur = cur->next;}//退出循环时，cur是尾节点，prev是尾节点的前一个节点free(cur);					// 释放尾节点prev->next = NULL;cur = NULL;*/
}

验证一下 尾删 有没有出错：

即使过多次尾删也能成功

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尾插 和 尾删 实现过后，发现一个问题

插入 和 删除 都需要从头开始找尾，这时间复杂度不还是 O(N) 吗？
是的，单链表 尾插 和 尾删 的时间复杂度是 O(N)
所以，对于单链表的 插入删除操作 ，一般不用 尾插 和 尾删
而是使用 头插 和 头删

下面就实现一下 头插 和 头删

单链表头插🐚

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相较于单链表的尾插，单链表头插 的逻辑就简单得多了：

1. 创建一个新的节点
2. 将新节点置于链表的头
3. 再将这个新节点设置为链表首节点

只需要这三步就可以了，甚至不需要考虑链表是否存在节点。

因为需要修改 链表的首节点 所以传参还需要使用 二级指针

单链表头插的实现：

// 单链表头插
void SListPushFront(SListNode** pphead, SLTDataType x)
{assert(pphead);SListNode* newNode = BuySLTNode(x);newNode->next = *pphead;            // 新节点的next 指向 *pphead*pphead = newNode;                // 将新节点置为 *pphead
}

头插几个数据测试一下：

没有错误！

动画过程：

单链表头删🐚

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头删就 不像头插一样不需要考虑链表是否存在节点了 ，毕竟如果链表中没有节点，也删除不了

所以 头删需要考虑链表是否为空
并且由于 单链表后找不到前，且首节点是必须要释放掉的，所以 首节点 或者 第二节点 需要存起来一个。

那么头删的逻辑应该是什么呢？

1. 判断链表是否为空
2. 链表不空：
   1. 将 首节点 存起来，然后将 首节点的next 置为 *pphead，然后释放 首节点
   2. 将 第二节点 存起来，然后将 首节点 释放，然后释放 第二节点 置为 *pphead。

两种思路都实现一下:

// 单链表头删
void SListPopFront(SListNode** pphead)
{assert(pphead);if (*pphead == NULL)return;// 存首节点SListNode* tail = *pphead;*pphead = tail->next;free(tail);tail = NULL;// 存第二节点/*SListNode* tail = (*pphead)->next;free(*pphead);*pphead = tail;*/
}

头删检测：

动画过程：

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实现了 头插 和 头删 之后，能够发现
头删 和 头插 操作不需要找尾，直接在链表头进行操作 就可以，所以时间复杂度是O(1)
比 尾插 尾删 的时间复杂度快的多，所以对于单链表的 插入删除 一般采用 头插 和 头删

单链表查找🐚

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单链表的查找，其实是 查找某个值节点
找到数据之后返回 节点

不需要修改，不需要添加，只需要比较
所以，传参只需要 传一级指针

实现：

SListNode* SListFind(SListNode* phead, SLTDataType x)
{SListNode* tail = phead;    // 记录首节点while(tail != NULL){// tail不为空 进循环后 再进行判断if(tail->val == x)return tail;        // 找到就返回节点tail = tail->next;      // 没找到，tail 就变为 自己的 next}return NULL;    // 没进入循环或者从循环出来了，就代表没找到，返回NULL
}

验证一下：

单链表指定位置之后插入🐚

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单链表的 插入函数 一般是与单链表 查找函数 一起使用的
查找函数先找到节点的位置 ，然后 传入插入函数在结点之后插入新的节点

单链表的 插入函数的功能，一般实现 在传入的节点之后 插入新的节点

思考一下为什么一般不在指定节点位置之前插入?

在 指定位置(pos)之后 插入新节点，就可以不用传入 首节点 直接将新节点 链接在 pos 位置之后 就可以了

void SListInsertAfter(SListNode *pos, SLTDateType x)
{assert(pos);SListNode *newNode = BuySLTNode(x);newNode->next = pos->next;             // 先将新节点的next 链上 pos的nextpos->next = newNode;            // 再将pos的next指向新节点
}

验证一下：

插入成功

且，在 pos位置之后 插入的时间复杂度为 O(1)

动画过程：

单链表指定位置之后删除🐚

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与 指定位置之后插入 相同，指定位置之后删除函数 一般也是与查找函数一起使用

同样思考一下
单链表为什么 不直接删除指定位置节点呢？

因为 删除 pos 位置之后 的节点，所以也不需要传入 首节点指针
所以，它的时间复杂度 也是 O(1)

实现：

// 单链表删除(pos之后)
void SListEraseAfter(SLTNode* pos)
{assert(pos);SListNode* next = pos->next;			//先记录 pos 的 next 节点if (next){// 若此节点不为空则进行操作pos->next = next->next;			// 先将 pos的next 指向 next的nextfree(next);						// 再释放 nextnext = NULL;}
}

验证：

动画过程：

单链表的销毁🐚

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对于单链表的销毁，需要注意的点不多：

1. 销毁是从首节点开始的
2. 销毁当前结点之前，要将下一节点存储起来，防止找不到链表
3. 因为销毁需要改变首节点，所以需要传入二级指针
4. 销毁完成之后，*pphead 置空

经过以上接口的实现，考虑完这些点，就可以直接实现 销毁 了:

// 销毁单链表
void SListDestroy(SListNode** pphead)
{assert(pphead);SListNode* tail = *pphead;while(tail != NULL){// 链表不为空SListNode* next = tail->next;    //销毁当前结点之前,要将下一节点存储起来free(tail);tail = next;                // 将tail 赋成 存储起来的节点}*pphead = NULL;
}

验证：

单链表成功被销毁。

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单链表 主要接口 的实现就是这些了
需要注意的 细节 有很多，但都不是什么大问题

重新回到那个问题：

1. 为什么插入不在 pos 位置之前？
2. 为什么删除不直接删除 pos 位置
3. 可以实现吗？为什么不实现？

pos 位置插入删除的问题(补充)🐚

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实现 指定位置之后插入、删除 时，可以非常简单的计算出，这两个接口时间复杂度都是 O(1)

如果是在 指定位置之前插入、删除 呢？
那么，时间复杂度就换变成 O(N)

由于单链表 只能从前找后，不能从后找前 ，所以如果想要操作 pos 位置之前的节点，就需要先 从首节点位置向后找，直到找到 pos 之前的节点，才能依此基础进行操作

这个过程与 单链表尾插、尾删 非常的相似，都需要找尾，所以时间复杂度就来到了 O(N) 这个级别。

所以，对于单链表 pos位置的插入、删除 ，一般都是在 pos 位置之后

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可以自己手动写一写，在 pos 位置之前插入、删除的接口

结语🐙

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本篇文章所介绍实现的是 线性表结构 之一的：单链表。
是一个完全不同于 顺序表 的数据结构，接口实现 需要注意的细节也有很多，比如 首节点 什么时候需要变化，接口什么时候 传参传入 二级指针。

好了，本篇文章， 【神秘海域】 数据结构与算法 系列的第三篇 单链表篇 ，至此结束。

感谢阅读！！

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