线性表的链式存储——链表（带源码）

一、为什么要采用链式存储（链表）存在的意义 为什么要采用链式存储：
与数组相比，链式存储（即链表）有如下两个优点：
1、数据元素的个数不确定，随时可能增减。采用固定大小的数组浪费空间。
2、方便排序，对于数组来说，每次插入一个元素都可能导致大量数据的移动。
有缺点吗：
与素族相比，链式存储有一个很大的缺点——读取数据！
对于读取其中指定第N个数据，链表必须从头结点用p = p->next（头结点不存储数据）;一直遍历N次或N-1次（头结点存储数据）。所以在需要频繁索取某些指定数据的情况下，牺牲空间为代价换取更优的性能就需要采取数组这种数据结构了。

二、链表的定义和操作
链表的基础——结构体和指针：
懂得结构体，懂得指针，那么学习链表就很简单了。

/*
 * 头结点存储数据，即不带头结点的链表
 */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define OverFlow -1  //定义OverFlow表示内存溢出
#define OK        0  //定义OK表示成功
#define Error    -2  //定义操作失败的返回值
#define OverFlow -1; //定义OverFlow表示内存溢出
#define OK        0; //定义OK表示成功
#define Error    -2; //定义操作失败的返回值
/* 
 * 首先定义一个数据类型int的别名ElemType，
 * 增强程序的可移植性，注意typedef和define的区别
 */
typedef int ElemType;
/*
 * 紧接着定义链表的节点，其实就是>=1个包含数据
 * 的元素（类型任意）和一个本结构体类型的Next指
 * 针（其值指向链表的下一个节点的地址）
 */
typedef struct node
{
	ElemType data;
	struct node *next;
} Node, *LinkList; 

定义了节点的结构体，我们来进行链表操作的函数编写：
首先来看头结点不存储数据的情况：
我们需要：
1.构造一个空表
    构造空表分两种情况，构造头结点不存储数据的空表和头结点存储数据的空表。

/*
 * 1.构建头结点不存储数据的空表（相对简单）
 * 注意函数参数传递的原理
 */
void Init_LinkList(LinkList *Head_pointer) 
{
	*Head_pointer = NULL;
}

2.插入一个元素（头插）
插入一个元素分三步：第一步，定义节点p并初始化，包括分配空间和赋值；第二步，找准插入位置，一般找到插入点的前一个元素；第三步，p->next赋值（这一定首先进行，进行此步骤不影响链表中任何信息)等一系列链表操作，这是核心部分。

/*
 * 2.插入一个元素（头插）
 * 这时候不需要传入位置的数据，只需要传入头指针和数据
 */
int Insert_First(LinkList *Head_pointer, ElemType x)
{
	Node *p; //这里考虑为什么不用LinkList
	p = (Node *) malloc(sizeof Node);
	if (p == NULL)
		return OverFlow;
	p->data = x;
	
	p->next = *Head_pointer;
	*Head_pointer = p;
	
	return OK;
}

3.查找指定的元素（与数组查找元素效率差不多）

/* 
 * 3.查找指定元素，注意这里用到了LinkList定义数据
 * 因为不是要定义一个节点，只是定义一个指针
 */
LinkList Location_LinkList(LinkList Head, ElemType x)
{
	LinkList p;
	p = Head;
	while(p != NULL)
	{
		if (p->data == x)
			break;
		p = p->next;
	}
	return p;
}

4.删除指定的元素
    这里要注意头结点就是要删除的元素时，操作代码不一样。建立链表时头结点不存入数据的原因就在这里。

/*
 * 4.删除指定的元素
 * 有可能改变头结点的值，所以要传入指针
 * 对头结点就是要删除的元素进行单独处理
 */
int Delete_LinkList(LinkList *Head_pointer, ElemType x)
{
	Node *p, *q;
	p = *Head_pointer;
	if (p->data == x)//考虑头结点就是要删除的元素
	{
		*Head_pointer = (*Head_pointer)->next;
		free(p);
		return OK;
	}
	else
	{
		q = p; p = p->next; //q指向前一个节点，p指向下一个节点
		while(p != NULL)
		{
			if (p->data == x)
			{
				q->next = p->next;
				free(p);
				return OK;
			}
			q = p; p = p->next;
		}
	}
	return Error;
}

5.遍历链表
    其实就是逐个操作链表，操作可以包括打印每个元素，更改每个元素。
    注意如果在linux下面打印中文出现乱码的情况，请更改编码方式。可参考我在163博客中的一篇文章：http://canlynet.blog.163.com/blog/static/25501365200911300521926/

/*
 * 5.遍历线性表，打印每个数据
 * 只需要传入Head的值即可
 * 头结点为空需要打印空表，在linux的超级终端下注意中文编码问题
 */
void Show_LinkList(LinkList Head)
{
	LinkList p = Head;
	int i = 0;
	printf("----链表打印----\n");
	if (p == NULL) //处理头结点为空的情况
		printf("空表\n");
	while (p != NULL)
	{
		printf("[%d]:%d\t", i++, p->data);
		p = p->next;
	}
}

6.清空链表
    清空链表需要传入头结点指针。

/*
 * 6.清空链表
 * 清除到头结点为空的状态，也就是一个空表的状态
 */
void SetNull_LinkList(LinkList *Head_pointer)
{
	LinkList p, q;
	p = *Head_pointer;
	while (p != NULL)
	{
		q = p;
		p = p->next;
		free(q);
	}
}

7.计算链表的长度
    注意算法：从Head计算，指针不为空的总数
/*
* 7.计算链表的长度
* 计算方法：从Head开始，计算指针不为空的个数
*/
int Length_LinkList(LinkList Head)
{
LinkList p = Head;
int sum = 0;
while(p != NULL)
{
sum++;
p = p->next;
}
return sum;
}

8.调用单链表操作的主函数
    看了下面这个主函数，我们基本上能够感受到c语言编写软件的一种方式。

/*
 *8.调用单链表操作的主函数
 */
int main(void)
{
	LinkList Head;
	int i;
	Node *loca;
	ElemType x;
	
	Init_LinkList(&Head);
	do
	{
		printf("\n");
		printf("1---插入一个元素（Insert）\n");
		printf("2---查询一个元素（Locate）\n");
		printf("3---删除一个元素（Delete）\n");
		printf("4---显示所有元素（Show）\n");
		printf("5---计算表的长度（Length）\n");
		printf("6---退出\n");
		scanf("%d", &i);
		switch (i)
		{
			case 1:	printf("请输入要插入的分数：\n");
					scanf("%d", &x);
					if (Insert_First(&Head, x) != OK)
						printf("插入失败\n");
					break;
					
			case 2:	printf("请输入要查询的分数\n");
					loca = Location_LinkList(Head, x);
					if (loca != NULL)
						printf("查询成功\n");
					else
						printf("查询失败\n");
					break;
					
			case 3:	printf("请输入要删除的分数\n");
					scanf("%d", &x);
					if (Delete_LinkList(&Head, x) != OK)
						printf("删除失败\n");
					else
						printf("删除成功\n");
					break;
					
			case 4:	Show_LinkList(Head);
					break;
					
			case 5:	printf("表的长度是：%d", Length_LinkList(Head));
					break;
					
			case 6:	break;
			
			default:	printf("错误选择！请重选");
						break;
		}
	} while (i != 6);
	
	SetNull_LinkList(&Head);
	printf("链表已清空，程序退出...\n");
	
	return 0;
}

附件包括了头结点存储数据（即不带头结点的单向链表的操作源码）和头结点不存储数据（即带头结点的单向循环链表）的链表操作的源码。

【完】
更多关于链表操作的算法请继续关注后面的博客文章...
本文所涉及的代码来自《实用数据结构》谭浩强主编，林小茶编著，清华大学出版社出版，作者已对其中bug进行了修正，如果还有问题，恳请赐教，在此谢过！