单向链表

单向链表（又名单链表、线性链表。

英语：singly linked list）是链表的一种，其特点是链表的链接方向是单向的，对链表的访问要通过从头部开始，依序往下读取。

## 数据结构

一个单向链表的节点被分成两个部分。第一个部分保存或者显示关于节点的信息，第二个部分存储下一个节点的地址。单向链表只可向一个方向遍历。

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## 动态单链表（C语言）

单向链表的数据结构可以分为两部分：数据域和指针域，数据域存储数据，指针域指向下一个储存节点的地址。

### 存储结构

```c
/* c2-2.h 线性表的单链表存储结构 */
typedef struct LNode
{
	ElemType data;
	struct LNode *next;
}LNode,*LinkList;
```

### 基本操作

```c
/* bo2-2.c 带有头结点的单链表(存储结构由c2-2.h定义)的基本操作(12个),包括算法2.8,2.9,2.10 */
void InitList(LinkList *L)
{	/* 操作结果：构造一个空的线性表L */
	*L=(LinkList)malloc(sizeof(struct LNode)); /* 产生头结点，并使L指向此头结点 */
	if(!*L) /* 存储分配失败 */
		exit(OVERFLOW);
	(*L)->next=NULL; /* 指针域为空 */
}

void DestroyList(LinkList *L)
{	/* 初始条件：线性表L已存在。操作结果：销毁线性表L */
	LinkList q;
	while(*L)
	{
		q=(*L)->next;
		free(*L);
		*L=q;
	}
}

void ClearList(LinkList L) /* 不改变L */
{	/* 初始条件：线性表L已存在。操作结果：将L重置为空表 */
	LinkList p,q;
	p=L->next; /* p指向第一个结点 */
	while(p) /* 没到表尾 */
	{
		q=p->next;
		free(p);
		p=q;
	}
	L->next=NULL; /* 头结点指针域为空 */
}

Status ListEmpty(LinkList L)
{	/* 初始条件：线性表L已存在。操作结果：若L为空表，则返回TRUE，否则返回FALSE */
	if(L->next) /* 非空 */
		return FALSE;
	else
		return TRUE;
}

int ListLength(LinkList L)
{	/* 初始条件：线性表L已存在。操作结果：返回L中数据元素个数 */
	int i=0;
	LinkList p=L->next; /* p指向第一个结点 */
	while(p) /* 没到表尾 */
	{
		i++;
		p=p->next;
	}
	return i;
}

Status GetElem(LinkList L,int i,ElemType *e) /* 算法2.8 */
{	/* 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OK，否则返回ERROR */
	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 ERROR;
	*e=p->data; /* 取第i个元素 */
	return OK;
}

int LocateElem(LinkList L,ElemType e,Status(*compare)(ElemType,ElemType))
{	/* 初始条件: 线性表L已存在，compare()是数据元素判定函数(满足为1，否则为0) */
	/* 操作结果: 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 i=0;
	LinkList p=L->next;
	while(p)
	{
		i++;
		if(compare(p->data,e)) /* 找到这样的数据元素 */
			return i;
		p=p->next;
	}
	return 0;
}

Status PriorElem(LinkList L,ElemType cur_e,ElemType *pre_e)
{	/* 初始条件: 线性表L已存在 */
	/* 操作结果: 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OK；否则操作失败，pre_e无定义，返回INFEASIBLE */
	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 OK;
		}
		p=q; /* p向后移 */
	}
	return INFEASIBLE;
}

Status NextElem(LinkList L,ElemType cur_e,ElemType *next_e)
{	/* 初始条件：线性表L已存在 */
	/* 操作结果：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OK;否则操作失败，next_e无定义，返回INFEASIBLE */
	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 OK;
		}
		p=p->next;
	}
	return INFEASIBLE;
}

Status ListInsert(LinkList L,int i,ElemType e) /* 算法2.9。不改变L */
{	/* 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 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 ERROR;
	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 OK;
}

Status ListDelete(LinkList L,int i,ElemType *e) /* 算法2.10。不改变L */
{	/* 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 j=0;
	LinkList p=L,q;
	while(p->next&&j<i-1) /* 寻找第i个结点，并令p指向其前岖 */
	{
		p=p->next;
		j++;
	}
	if(!p->next||j>i-1) /* 删除位置不合理 */
		return ERROR;
	q=p->next; /* 删除并释放结点 */
	p->next=q->next;
	*e=q->data;
	free(q);
	return OK;
}

void ListTraverse(LinkList L,void(*vi)(ElemType))
/* vi的形参类型为ElemType，与bo2-1.c中相应函数的形参类型ElemType&不同 */
{	/* 初始条件：线性表L已存在。操作结果：依次对L的每个数据元素调用函数vi() */
	LinkList p=L->next;
	while(p)
	{
		vi(p->data);
		p=p->next;
	}
	printf("\n");
}
```

## 静态单链表（C语言）

```c
// 线性表的静态单链表存储结构
#define MAX_SIZE 100 // 链表的最大长度
typedef struct {
    ElemType data; //此處的ElemType可以自由代換（如int/float等）
    int cur;
} component, SLinkList[MAX_SIZE];

// 一个数组只生成一个静态链表的基本操作(11个)
#define DestroyList ClearList // DestroyList()和ClearList()的操作是一样的

void InitList(SLinkList L) {
    // 构造一个空的链表L，表头为L的最后一个单元L[MAX_SIZE-1]，其余单元链成
    // 一个备用链表，表头为L的第一个单元L[0]，“0”表示空指针
    int i;
    L[MAX_SIZE - 1].cur = 0; // L的最后一个单元为空链表的表头
    for (i = 0; i < MAX_SIZE - 2; i++) // 将其余单元链接成以L[0]为表头的备用链表
        L[i].cur = i + 1;
    L[MAX_SIZE - 2].cur = 0;
}

void ClearList(SLinkList L) {
    // 初始条件：线性表L已存在。操作结果：将L重置为空表
    int i, j, k;
    i = L[MAX_SIZE - 1].cur; // 链表第一个结点的位置
    L[MAX_SIZE - 1].cur = 0; // 链表空
    k = L[0].cur; // 备用链表第一个结点的位置
    L[0].cur = i; // 把链表的结点连到备用链表的表头
    while (i) { // 没到链表尾
        j = i;
        i = L[i].cur; // 指向下一个元素
    }
    L[j].cur = k; // 备用链表的第一个结点接到链表的尾部
}

Status ListEmpty(SLinkList L) {
    // 若L是空表，返回TRUE；否则返回FALSE
    if (L[MAX_SIZE - 1].cur == 0) // 若为空表
        return TRUE;
    else
        return FALSE;
}

int ListLength(SLinkList L) {
    // 返回L中数据元素个数
    int j = 0, i = L[MAX_SIZE - 1].cur; // i指向第一个元素
    while (i) { // 没到静态链表尾
        i = L[i].cur; // 指向下一个元素
        j++;
    }
    return j;
}

Status GetElem(SLinkList L, int i, ElemType *e) {
    // 用e返回L中第i个元素的值
    int l, k = MAX_SIZE - 1; // k指向表头序号
    if (i < 1 || i > ListLength(L))
        return ERROR;
    for (l = 1; l <= i; l++) // 移动到第i个元素处
        k = L[k].cur;
    *e = L[k].data;
    return OK;
}

int LocateElem(SLinkList L, ElemType e) { // 算法2.13(有改动)
    // 在静态单链线性表L中查找第1个值为e的元素。若找到，则返回它在L中的
    // 位序，否则返回0。(与其它LocateElem()的定义不同)
    int i = L[MAX_SIZE - 1].cur; // i指示表中第一个结点
    while (i && L[i].data != e) // 在表中顺链查找(e不能是字符串)
        i = L[i].cur;
    return i;
}

Status PriorElem(SLinkList L, ElemType cur_e, ElemType *pre_e) {
    // 初始条件：线性表L已存在
    // 操作结果：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。
    // 否则操作失败，pre_e无定义
    int j, i = L[MAX_SIZE - 1].cur; // i指示链表第一个结点的位置
    do { // 向后移动结点
        j = i;
        i = L[i].cur;
    } while (i && cur_e != L[i].data);
    if (i) { // 找到该元素
        *pre_e = L[j].data;
        return OK;
    }
    return ERROR;
}

Status NextElem(SLinkList L, ElemType cur_e, ElemType *next_e) {
    // 初始条件：线性表L已存在
    // 操作结果：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
    // 否则操作失败，next_e无定义
    int j, i = LocateElem(L, cur_e); // 在L中查找第一个值为cur_e的元素的位置
    if (i) { // L中存在元素cur_e
        j = L[i].cur; // cur_e的后继的位置
        if (j) { // cur_e有后继
            *next_e = L[j].data;
            return OK; // cur_e元素有后继
        }
    }
    return ERROR; // L不存在cur_e元素，cur_e元素无后继
}

Status ListInsert(SLinkList L, int i, ElemType e) {
    // 在L中第i个元素之前插入新的数据元素e
    int l, j, k = MAX_SIZE - 1; // k指向表头
    if (i < 1 || i > ListLength(L) + 1)
        return ERROR;
    j = Malloc(L); // 申请新单元
    if (j) { // 申请成功
        L[j].data = e; // 赋值给新单元
        for (l = 1; l < i; l++) // 移动i-1个元素
            k = L[k].cur;
        L[j].cur = L[k].cur;
        L[k].cur = j;
        return OK;
    }
    return ERROR;
}

Status ListDelete(SLinkList L, int i, ElemType *e) {
    // 删除在L中第i个数据元素e，并返回其值
    int j, k = MAX_SIZE - 1; // k指向表头
    if (i < 1 || i > ListLength(L))
        return ERROR;
    for (j = 1; j < i; j++) // 移动i-1个元素
        k = L[k].cur;
    j = L[k].cur;
    L[k].cur = L[j].cur;
    *e = L[j].data;
    Free(L, j);
    return OK;
}

void ListTraverse(SLinkList L, void(*vi)(ElemType)) {
    // 初始条件：线性表L已存在。操作结果：依次对L的每个数据元素调用函数vi()
    int i = L[MAX_SIZE - 1].cur; // 指向第一个元素
    while (i) { // 没到静态链表尾
        vi(L[i].data); // 调用vi()
        i = L[i].cur; // 指向下一个元素
    }
    printf("\n");
}
```