【数据结构】线性表的单链表存储结构表示和实现

数据结构 线性表的单链表存储结构表示和实现

参考代码如下：

/*
	名称：线性表的单链表存储结构表示和实现
	编译环境：VC++6.0
	日期： 2014-3-27
*/
#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include <stdlib.h>

typedef int ElemType;

// 线性表的单链表存储结构 
typedef struct LNode
{
	ElemType data;		//数据域
	struct LNode *next;	//指针域
}LNode, *LinkList;

// typedef struct LNode *LinkList; // 另一种定义LinkList的方法 


// 构造一个空的线性表L 
int InitList(LinkList *L)
{
	/*
		产生头结点L,并使L指向此头结点，头节点的数据域为空，不放数据的。
		void * malloc(size_t)
		这里对返回值进行强制类型转换了，返回值是指向空类型的指针类型。
	*/
	(*L) = (LinkList)malloc( sizeof(struct LNode) );
	if( !(*L) )
		exit(0);		// 存储分配失败
	(*L)->next = NULL;	// 指针域为空
	
	return 1;
}

// 销毁线性表L，将包括头结点在内的所有元素释放其存储空间。
int DestroyList(LinkList *L)
{ 	
	LinkList q;

	// 由于单链表的每一个元素是单独分配的，所以要一个一个的进行释放
	while( *L )
	{
		q = (*L)->next;
		free( *L );		//释放
		*L = q;
	}
	
	return 1;
}

/*
	将L重置为空表，即将链表中除头结点外的所有元素释放其存
	储空间，但是将头结点指针域置空，这和销毁有区别哦。不改变L，所以
	不需要用指针。
*/
int ClearList( LinkList L )
{ 	
	LinkList p, q;

	p = L->next;	// p指向第一个结点 
	while( p )		// 没到表尾则继续循环 
	{
		q = p->next;
		free( p );	//释放空间
		p = q;
	}
	L->next = NULL; // 头结点指针域为空，链表成了一个空表 
	
	return 1;
}

// 若L为空表（根据头结点L->next来判断，为空则是空表），则返回1，
// 否则返回0。
int ListEmpty(LinkList L)
{ 	
	if( L->next )	// 非空 
		return 0;
	else
		return 1;
}

// 返回L中数据元素个数。
int ListLength(LinkList L)
{ 	
	int i = 0;
	LinkList p = L->next; // p指向第一个结点 
	
	while(p) // 没到表尾，则继续循环 
	{
		i++;
		p=p->next;
	}
	return i;
}

// L为带头结点的单链表的头指针。当第i个元素存在时,其值赋给e并
// 返回1,否则返回0。
int GetElem(LinkList L,int i,ElemType *e)
{
	int j = 1;			// j为计数器 
	LinkList p=L->next;	// p指向第一个结点 
	while(p&&j<i)		// 顺指针向后查找,直到p指向第i个元素或p为空 
	{
		p=p->next;
		j++;
	}  

	if(!p||j>i) // 第i个元素不存在 
		return 0;
	*e = p->data; // 取第i个元素 
	return 1;
}

// 返回L中第1个与e满足关系compare()的数据元素的位序。
// 若这样的数据元素不存在,则返回值为0
int LocateElem(LinkList L,ElemType e,int(*compare)(ElemType,ElemType))
{ 
	int i=0;
	LinkList p=L->next;

	while(p)	//将链表的每一个元素进行对比
	{
		i++;
		if(compare(p->data,e)) // 找到这样的数据元素 
			return i;
		p=p->next;
	}
	return 0;
}

// 若cur_e是L的数据元素,且不是第一个,则用pre_e返回它的前驱,
// 返回1;否则操作失败,pre_e无定义,返回-1
int PriorElem(LinkList L,ElemType cur_e,ElemType *pre_e)
{ 
	LinkList q,
			 p=L->next;	// p指向第一个结点 
	while(p->next)		// p所指结点有后继 
	{
		q=p->next; // q为p的后继 
		if(q->data==cur_e)
		{
			*pre_e=p->data;
			return 1;
		}
		p=q; // p向后移 
	}
	return -1;
}

// 若cur_e是L的数据元素，且不是最后一个，则用next_e返回它的后继， 
// 返回1;否则操作失败，next_e无定义，返回-1 
int NextElem(LinkList L,ElemType cur_e,ElemType *next_e)
{
	LinkList p=L->next; // p指向第一个结点 
	while(p->next) // p所指结点有后继 
	{
		if(p->data==cur_e)
		{
			*next_e=p->next->data;
			return 1;
		}
		p=p->next;
	}
	return -1;
}

//	在带头结点的单链线性表L中第i个位置之前插入元素e
int ListInsert(LinkList *L,int i,ElemType e)
{ 
	int j=0;
	LinkList p=*L,s;
	while(p && j<i-1) // 寻找第i-1个结点 
	{
		p=p->next;
		j++;
	}
	if(!p || j>i-1) // i小于1或者大于表长 
		return 0;
	s=(LinkList)malloc(sizeof(struct LNode)); // 生成新结点 
	s->data=e; // 插入L中 
	s->next=p->next;
	p->next=s;
	return 1;
}

// 在带头结点的单链线性表L中，删除第i个元素,并由e返回其值
int ListDelete(LinkList *L, int i,ElemType *e)
{
	int j = 0;
	LinkList p=*L,q;
	while(p->next&&j<i-1) // 寻找第i个结点,并令p指向其前趋 
	{
		p=p->next;
		j++;
	}
	if(!p->next||j>i-1) // 删除位置不合理 
		return 0;
	q=p->next; // 删除并释放结点 
	p->next=q->next;
	*e=q->data;
	free(q);
	return 1;
}

// 依次对L的每个数据元素调用函数vi()
int ListTraverse(LinkList L,void(*vi)(ElemType))
{
	LinkList p=L->next;
	
	//对所有元素调用函数vi
	while(p)
	{
		vi(p->data);
		p=p->next;
	}
	printf("\n");

	return 1;
}

// 在按非降序排列的线性表L中按非降序插入新的数据元素e 
void InsertAscend(LinkList L,ElemType e)
{ 
	LinkList q=L,
			 p=L->next;

	while(p&&e>p->data)
	{
		q=p;
		p=p->next;
	}
	q->next=(LinkList)malloc(sizeof(struct LNode)); // e插在q后 
	q->next->data=e;
	q->next->next=p;
}

// 按非升序排列的线性表L中按非升序插入新的数据元素e 
void InsertDescend(LinkList L,ElemType e)
{ 
	LinkList q=L,p=L->next;
	while(p&&e<p->data)
	{
		q=p;
		p=p->next;
	}
	q->next=(LinkList)malloc(sizeof(struct LNode)); // e插在q后 
	q->next->data=e;
	q->next->next=p;
}

// L的头部插入新的数据元素e,作为链表的第一个元素 
int HeadInsert(LinkList L,ElemType e)
{
	LinkList s;
	s=(LinkList)malloc(sizeof(struct LNode)); // 生成新结点 
	s->data=e; // 给结点赋值 
	s->next=L->next; // 插在表头 
	L->next=s;
	return 1;
}

// 在L的尾部插入新的数据元素e,作为链表的最后一个元素 
int EndInsert(LinkList L,ElemType e)
{ 
	LinkList p=L;
	while(p->next) // 使p指向表尾元素 
		p=p->next;
	p->next=(LinkList)malloc(sizeof(struct LNode)); // 在表尾生成新结点 
	p->next->data=e; // 给新结点赋值 
	p->next->next=NULL; // 表尾 
	return 1;
}

// 删除L的第一个数据元素，并由e返回其值 
int DeleteFirst(LinkList L,ElemType *e)
{
	LinkList p=L->next;
	if(p)
	{
		*e=p->data;
		L->next=p->next;
		free(p);
		return 1;
	}
	else
		return 0;
}

// 删除L的最后一个数据元素，并用e返回其值
int DeleteTail(LinkList L,ElemType *e)
{
	LinkList p=L,q;
	if(!p->next) // 链表为空 
		return 0;
	while(p->next)
	{
		q=p;
		p=p->next;
	}
	q->next=NULL; // 新尾结点的next域设为NULL 
	*e=p->data;
	free(p);
	return 1;
}

// 删除表中值为e的元素，并返回1；如无此元素，则返回0 
int DeleteElem(LinkList L,ElemType e)
{
	LinkList p=L,q;
	while(p)
	{
		q=p->next;
		if(q&&q->data==e)
		{
			p->next=q->next;
			free(q);
			return 1;
		}
		p=q;
	}
	return 0;
}

// 用e取代表L中第i个元素的值 
int ReplaceElem(LinkList L,int i,ElemType e)
{
	LinkList p=L;
	int j=0;
	//找到第i个元素的位置给p
	while(p->next && j<i)
	{
		j++;
		p=p->next;
	}
	if(j==i)
	{
		p->data=e;
		return 1;
	}
	else // 表中不存在第i个元素 
		return 0;
}

// 按非降序建立n个元素的线性表
int CreatAscend(LinkList *L,int n)
{ 
	int j;
	LinkList p,q,s;
	if(n<=0)
		return 0;
	InitList(L);
	printf("请输入%d个元素:（空格）\n",n);
	s=(LinkList)malloc(sizeof(struct LNode)); // 第一个结点 
	scanf("%d",&s->data);
	s->next=NULL;
	(*L)->next=s;
	for(j=1;j<n;j++)
	{
		s=(LinkList)malloc(sizeof(struct LNode)); // 其余结点 
		scanf("%d",&s->data);
		q=*L;
		p=(*L)->next;
		while(p&&p->data<s->data) // p没到表尾，且所指元素值小于新值 
		{
			q=p;
			p=p->next; // 指针后移 
		}
		s->next=q->next; // 元素插在q的后面 
		q->next=s;
	}
	return 1;
}

// 按非升序建立n个元素的线性表
int CreatDescend(LinkList *L,int n)
{ 
	int j;
	LinkList p,q,s;
	if(n<=0)
		return 0;
	InitList(L);
	printf("请输入%d个元素:（空格）\n",n);
	s=(LinkList)malloc(sizeof(struct LNode)); // 第一个结点 
	scanf("%d",&s->data);
	s->next=NULL;
	(*L)->next=s;
	for(j=1;j<n;j++)
	{
		s=(LinkList)malloc(sizeof(struct LNode)); // 其余结点 
		scanf("%d",&s->data);
		q=*L;
		p=(*L)->next;
		while(p&&p->data>s->data) // p没到表尾，且所指元素值大于新值 
		{
			q=p;
			p=p->next; // 指针后移 
		}
		s->next=q->next; // 元素插在q的后面 
		q->next=s;
	}
	return 1;
}

// 返回表头元素的值
int GetFirstElem(LinkList L,ElemType *e)
{ 
	LinkList p=L->next;	//第一个结点给p
	if(!p)	// 空表 
		return 0;
	else	// 非空表
		*e=p->data;
	return 1;
}


// 逆位序(插在表头)输入n个元素的值，建立带表头结构的单链线性表L
void CreateList(LinkList *L,int n)
{
	int i;
	LinkList p;
	
	// 先建立一个带头结点的空单链表，相当于初始化单链表 
	*L=(LinkList)malloc(sizeof(struct LNode));
	(*L)->next=NULL; 
	
	printf("请输入%d个数据\n",n);
	for(i=n;i>0;--i)
	{
		p=(LinkList)malloc(sizeof(struct LNode)); // 生成新结点 
		scanf("%d",&p->data); // 输入元素值 
		p->next=(*L)->next; // 插入到表头 
		(*L)->next=p;
	}
}

// 正位序(插在表尾)输入n个元素的值，建立带表头结构的单链线性表
void CreateList2(LinkList *L,int n)
{ 
	int i;
	LinkList p,q;
	
	// 先建立一个带头结点的空单链表，相当于初始化单链表 
	*L=(LinkList)malloc(sizeof(struct LNode)); // 生成头结点 
	(*L)->next=NULL;
	
	q=*L;
	printf("请输入%d个数据\n",n);
	for(i=1;i<=n;i++)
	{
		p=(LinkList)malloc(sizeof(struct LNode));
		scanf("%d",&p->data);
		q->next=p;
		q=q->next;
	}
	p->next=NULL;
}

// 已知单链线性表La和Lb的元素按值非递减排列。 
// 归并La和Lb得到新的单链线性表Lc，Lc的元素也按值非递减排列 
void MergeList(LinkList La,LinkList *Lb,LinkList *Lc) 
{
	LinkList pa=La->next,pb=(*Lb)->next,pc;
	*Lc=pc=La; // 用La的头结点作为Lc的头结点 
	while(pa&&pb)
	{
		if(pa->data <= pb->data)
		{
			pc->next=pa;
			*Lc=pa;
			pa=pa->next;
		}
		else
		{
			pc->next=pb;
			pc=pb;
			pb=pb->next;
		}
	}
	pc->next=pa ? pa : pb; // 插入剩余段 
	free(*Lb); // 释放Lb的头结点 
	Lb=NULL;
}


// 判断是否相等的函数，Union()用到
int equal(ElemType c1,ElemType c2)
{ 
	if(c1==c2)
		return 1;
	else
		return 0;
}

// 将所有在线性表Lb中但不在La中的数据元素插入到La中 
void Union(LinkList La,LinkList Lb)
{ 
	ElemType e;
	int La_len,Lb_len;
	int i;
	
	La_len=ListLength(La); // 求线性表的长度 
	Lb_len=ListLength(Lb);
	
	for(i=1;i<=Lb_len;i++)
	{
		GetElem(Lb,i,&e); // 取Lb中第i个数据元素赋给e 
		if(!LocateElem(La,e,equal)) // La中不存在和e相同的元素,则插入之 
			ListInsert(&La,++La_len,e);
	}
}

// 数据元素判定函数(相等为1,否则为0) 
int comp(ElemType c1,ElemType c2)
{
	if(c1==c2)
		return 1;
	else
		return 0;
}

void visit(ElemType c)
{
	printf("%d ",c);
}

int main()
{
	LinkList L, La, Lb, Lc;
	ElemType e, e0, d;
	int i, j, n, k;
	
	//初始化一个单链表
	i=InitList(&L);
	
	//通过插入操作创建一个单链表
	for(j=1;j<=5;j++)
		i=ListInsert(&L,1,j);
	
	//调用visit函数，对单链表进行遍历
	printf("在L的表头依次插入1～5后：L=");
	ListTraverse(L,visit); // 依次对元素调用visit()，输出元素的值 
	
	//判断单链表是否为空
	i=ListEmpty(L);
	printf("L是否空：i=%d(1:是 0:否)\n",i);
	
	//清空单链表
	i=ClearList(L);
	printf("清空L后：L=");
	ListTraverse(L,visit);
	
	//判断单链表是否为空
	i=ListEmpty(L);
	printf("L是否空：i=%d(1:是 0:否)\n",i);
	
	//再次通过插入操作创建一个单链表
	for(j=1;j<=10;j++)
		ListInsert(&L,j,j);
	printf("在L的表尾依次插入1～10后：L=");
	ListTraverse(L,visit);
	
	//取得单链表的第5个元素
	GetElem(L,5,&e);
	printf("第5个元素的值为：%d\n",e);
	
	//在单链表中找到和j满足comp函数关系的元素
	for(j=0;j<=1;j++)
	{
		k=LocateElem(L,j,comp);
		if(k)
			printf("第%d个元素的值为%d\n",k,j);
		else
			printf("没有值为%d的元素\n",j);
	}
	
	//找到某个元素的前驱
	for(j=1;j<=2;j++) // 测试头两个数据 
    {
		GetElem(L,j,&e0); // 把第j个数据赋给e0 
		i=PriorElem(L,e0,&e); // 求e0的前驱 
		if(i==-1)
			printf("元素%d无前驱\n",e0);
		else
			printf("元素%d的前驱为：%d\n",e0,e);
	}
	
	//找到某个元素的后继
	for(j=ListLength(L)-1;j<=ListLength(L);j++)// 测试最后两个数据 
	{
		GetElem(L,j,&e0); // 把第j个数据赋给e0 
		i=NextElem(L,e0,&e); // 求e0的后继 
		if(i==-1)
			printf("元素%d无后继\n",e0);
		else
			printf("元素%d的后继为：%d\n",e0,e);
	}
	
	//求单链表的表长
	k=ListLength(L); // k为表长 
	
	//删除操作
	for(j=k+1;j>=k;j--)
	{
		i=ListDelete(&L,j,&e); // 删除第j个数据 
		if(i==0)
			printf("删除第%d个数据失败\n",j);
		else
			printf("删除的元素为：%d\n",e);
	}
	printf("依次输出L的元素：");
	ListTraverse(L,visit);

	//销毁单链表
	DestroyList(&L);
	printf("销毁L后：L=%u\n\n",L);
	
	
	printf("按非降序建立n个元素的线性表L,请输入元素个数n: ");
	scanf("%d",&n);
	CreatAscend(&L,n);
	printf("依次输出L的元素：");
	ListTraverse(L,visit);
	
	// 按非降序插入元素10
	InsertAscend(L,10); 
	printf("按非降序插入元素10后，线性表L为：");
	ListTraverse(L,visit);
	
	// 在L的头部插入12
	HeadInsert(L,12);
	// 在L的尾部插入9 
	EndInsert(L,9); 
	printf("在L的头部插入12，尾部插入9后，线性表L为：");
	ListTraverse(L,visit);
	
	i=GetFirstElem(L,&e); 
	printf("第1个元素是: %d\n",e); 
	
	printf("请输入要删除的元素的值: ");
	scanf("%d",&e);
	i=DeleteElem(L,e);
	if(i)
		printf("成功删除%d!\n",e);
	else
		printf("不存在元素%d!\n",e);
	printf("线性表L为：");
	ListTraverse(L,visit);
	
	printf("请输入要取代的元素的序号 元素的新值: ");
	scanf("%d%d",&n,&e);
	ReplaceElem(L,n,e);
	printf("线性表L为：");
	ListTraverse(L,visit);
	
	DestroyList(&L);
	
	printf("销毁L后,按非升序重新建立n个元素的线性表L,请输入"
		"元素个数n(>2): ");
	scanf("%d",&n);
	CreatDescend(&L,n);
	printf("依次输出L的元素：");
	ListTraverse(L,visit);
	
	// 按非升序插入元素10
	InsertDescend(L,10);
	printf("按非升序插入元素10后，线性表L为：");
	ListTraverse(L,visit);
	
	printf("请输入要删除的元素的值: ");
	scanf("%d",&e);
	i=DeleteElem(L,e);
	if(i)
		printf("成功删除%d!\n",e);
	else
		printf("不存在元素%d!\n",e);
	printf("线性表L为：");
	ListTraverse(L,visit);
	
	DeleteFirst(L,&e);
	DeleteTail(L,&d);
	printf("删除表头元素%d和表尾元素%d后,线性表L为：",e,d);
	ListTraverse(L,visit);
	printf("\n");
	
	// 测试算法2.11 
	n = 3;
	CreateList2(&La,n);			// 正位序输入n个元素的值 
	printf("正位创建后La=");	// 输出链表La的内容 
	ListTraverse(La,visit);
	
	CreateList(&Lb,n);			// 逆位序输入n个元素的值 
	printf("逆位创建后Lb=");	// 输出链表Lb的内容 
	ListTraverse(Lb,visit);
	DestroyList(&La);
	DestroyList(&Lb);
	
	// 测试算法2.12
	//初始化一个单链表La
	i=InitList(&La);
	//通过插入操作创建一个单链表
	for(j=2;j<=10;j+=2)
		i=ListInsert(&La,1,j);
	printf("La="); // 输出链表La的内容 
	ListTraverse(La,visit);
	
	//初始化一个单链表
	i=InitList(&Lb);	
	//通过插入操作创建一个单链表
	for(j=1;j<=10;j+=2)
		i=ListInsert(&Lb,1,j);
	printf("Lb="); // 输出链表Lb的内容 
	ListTraverse(Lb,visit);
	// 按非递减顺序归并La和Lb,得到新表Lc
	MergeList(La,&Lb,&Lc); 
	
	printf("合并La和Lb后，Lc = "); // 输出链表Lc的内容 
	ListTraverse(Lc,visit);
	
	// 测试算法2.1
	i=InitList(&La);
	if(i==1) // 创建空表La成功 
		for(j=1;j<=5;j++) // 在表La中插入5个元素 
			i=ListInsert(&La,j,j);
	printf("La= "); // 输出表La的内容 
	ListTraverse(La,visit);
	
	InitList(&Lb); // 也可不判断是否创建成功 
	for(j=1;j<=5;j++) // 在表Lb中插入5个元素 
		i=ListInsert(&Lb,j,2*j);
	printf("Lb= "); // 输出表Lb的内容 
	ListTraverse(Lb,visit);
	
	Union(La,Lb);
	printf("new La= "); // 输出新表La的内容 
	ListTraverse(La,visit); 
 
	system("pause");
	return 0;
}
/*
输出效果：

在L的表头依次插入1～5后：L=5 4 3 2 1
L是否空：i=0(1:是 0:否)
清空L后：L=
L是否空：i=1(1:是 0:否)
在L的表尾依次插入1～10后：L=1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
第5个元素的值为：5
没有值为0的元素
第1个元素的值为1
元素1无前驱
元素2的前驱为：1
元素9的后继为：10
元素10无后继
删除第11个数据失败
删除的元素为：10
依次输出L的元素：1 2 3 4 5 6 7 8 9
销毁L后：L=0

按非降序建立n个元素的线性表L,请输入元素个数n: 3
请输入3个元素:（空格）
1 3 2
依次输出L的元素：1 2 3
按非降序插入元素10后，线性表L为：1 2 3 10
在L的头部插入12，尾部插入9后，线性表L为：12 1 2 3 10 9
第1个元素是: 12
请输入要删除的元素的值: 1
成功删除1!
线性表L为：12 2 3 10 9
请输入要取代的元素的序号 元素的新值: 3 4
线性表L为：12 2 4 10 9
销毁L后,按非升序重新建立n个元素的线性表L,请输入元素个数n(>2): 3
请输入3个元素:（空格）
1 3 2
依次输出L的元素：3 2 1
按非升序插入元素10后，线性表L为：10 3 2 1
请输入要删除的元素的值: 3
成功删除3!
线性表L为：10 2 1
删除表头元素10和表尾元素1后,线性表L为：2

请输入3个数据
1 3 2
正位创建后La=1 3 2
请输入3个数据
1 3 2
逆位创建后Lb=2 3 1
La=10 8 6 4 2
Lb=9 7 5 3 1
合并La和Lb后，Lc = 9 7 5 3 1 10 8 6 4 2
La= 1 2 3 4 5
Lb= 2 4 6 8 10
new La= 1 2 3 4 5 6 8 10
请按任意键继续. . .

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