前言
- 本文用到一个很重要的思想--泛型编程思想；不熟悉泛型的话，请自行搜索相关资料学习（void *，如memcpy，memmove，qsort，memset等库函数均使用到了泛型思想） 。
- 本文最后会提供一个demo程序附件，该demo程序以c99标准进行编写的，在Linux-gcc下调试通过，vc6下可能会有错误。
- 本文图示中，红色实线表示要添加的地方，黑色虚线表示要断开的地方，黑色实线保持原样。
-
本文链表设计为最简单的非循环单链表。
数组与链表比较数组 链表优点 存取速度快
操作方便 不限制大小
插入删除易于实现
空间无需连续
缺点 插入删除等操作不易实现
需要连续空间存储
数组元素需要类型相同 存取速度慢
操作复杂
通过比较可以发现，数组的优点正好就是链表的缺点，而链表的缺点正好是数组的优点。
链表的分类
单链表
每个节点有1个指针域，指向后继（next）
双链表
每个节点都有2个指针域，一个指向前驱（previous），一个指向后继（next）
循环链表
首尾相接，tail->next = head; 能通过任意一个节点找到其他所有的节点
非循环链表
首尾不相接，tail->next = NULL;通过head可以找到所有节点。链表数据结构
typedef struct node{ //节点结构
void *data;
struct node *next;} node;
typedef struct { //链表结构
struct node *head;
struct node *tail;
long len;} List;
常见链表算法
初始化 void list_init(List *list);
销毁 void list_destroy(List list, void (destroy)(void *));
插入 void list_insert(List list, void data);
头插法 void list_insert_at_head(List *list, void *data);
随插法 void list_insert_at_index(List *list, void *data);
尾插法 void list_insert_at_tail(List *list, void *data, long idx); 删除 void list_delete(List list, void key, int (compare)(const void , const void ));
搜索 void list_search(List list, void key, int (compare)(const void , const void ));
排序 void list_sort(List list, void key, int (compare)(const void , const void ));
遍历 void list_traverse(List list, void (handle)(void *));
逆序 void list_reverse(List *list);
求长度 long get_lenth(List *list);
获取链表节点 void list_get_element(List list, long index);
判断空链表 bool is_empty(List *list);
各算法的详解与实现
已知链表结构如下所示
typedef struct{ //链表结构
struct node *head;
struct node *tail;
long len;}List;
该链表有具有3个属性，头指针head，尾指针tail以及链表长度len；
首先，定义一个链表，
List list;
此时链表结构如下所示：
链表的初始化
链表刚建立的时候，是不含任何有效数据的，也就是说不含有效节点。因此头指针head和尾指针tail无指向，即指向NULL，此时链表长度为0。
即此时链表结构如下所示
程序实现
void list_init(List *list)
{
list->head = NULL;
list->tail = NULL;
list->len = 0;}
刚初始化完的链表是一个空链表，空链表的头指针必定为NULL，该特征可以作为判定空链表的依据，由此实现判断空链表的程序
include
bool is_empty(List *list)
{
return (list->head == NULL);}
链表节点的插入
链表初始化完成之后，就可以进行各种操作（如插入删除节点，求长度，销毁链表等）了，下面来解释一下链表插入的操作方法；
插入节点需要分2种情况讨论：
- 链表为空时，插入的第一个节点（首节点）；
- 在非空链表上插入一个节点。
1、第一种情况
该种情况可用下图表示
此时，只有一个节点A，此时节点A既是首节点（因此head指向节点A），又是尾节点（因此tail也指向节点A，并且A->next = NULL）；同时，链表长度要相应的+1（插入程序中，len始终呈++的状态，下文不再赘述）。程序实现（假设n为待插入的节点）
struct node *new;
list->head = new;
list->tail = new;
new->next = NULL;
list->len++;
2、第二种情况
第二种情况又分为3种情况，根据新节点的插入位置，分为
1.在头部插，头插法：list_insert_at_head(...)；
2.在尾部插，尾插法：list_insert_at_tail(...)；
3.在第index个节点处插，随插法：list_insert_at_index(...)。2.1、头插法
分析图例可知，已有链表（左侧），list->head = A;现在要在head处插入一个节点N，需要断开head与A的连接，使N->next = A；然后list->head = N（这两步不可调换顺序，可以想想为什么？）。程序实现如下：
struct node *new;
new->next = list->head->next;
list->head = new;
list->len++;
2.2、尾插法
分析图例可知，已有链表（左侧），list->tail = Z;现在要在tail处插入一个节点N，需要断开tail与Z的连接，使Z->next = N；（即list->tail->next = N;）然后list->tail = N（这两步可以调换顺序吗？想想为什么？），然后再使N->next = NULL。程序实现如下：
struct node *new;
list->tail->next = new;
list->tail = new;
new->next = NULL;
list->len++;
2.3、随插法
分析图例可知，已有链表（左侧），A->next= B;现在要在A处插入一个节点N，需要断开A与B的连接，使N->next = B；（即N->next = A->next;）然后使A->next = N（这两步可以调换顺序吗？想想为什么？）。
随插法由于插入位置不确定，所以不一定在图中的A节点处插入，有可能是B、C、D甚至Z。所以此处需要通过用户给定的index值配合list->head来找到插入位置。代码实现如下：
static struct node make_node(void data) //把用户传递过来的数据打包为一个链表节点
{
struct node *n;
n = malloc(sizeof(struct node));
assert(n != NULL);
n->next = NULL;
n->data = data;
return n;}
__
void list_insert_at_head(List list, void data) //头插法
{
struct node *n;
n = make_node(data);
if(list->head == NULL){ //如果是空链表
list->head = n;
list->tail = n;
}
else{ //如果不是非空链表
n->next = list->head;
list->head = n;
}
list->len++;}
__
void list_insert_at_tail(List list, void data) //尾插法
{
struct node *n;
n = make_node(data);
if(list->head == NULL){ //如果是空链表
list->head = n;
list->tail = n;
n->next = NULL;
}
else{ //如果不是非空链表
list->tail->next = n;
list->tail = n;
n->next = NULL;
}
list->len++;}
__
void list_insert_at_index(List list, void data, long index)
{
long i = 1; //从1开始算
struct node *p, *n;
p = list->head;
while(p && i < index){
p = p->next;
i++;
}
if(p){ //如果链表遍历完了，计数i还没到index，说明第index个节点不存在。
n = make_node(data);
n->next = p->next;
p->next = n;
list->len++;
}}
__
void list_insert(List list, void data) //默认采用尾插法
{
list_insert_at_tail(list, data);}
链表节点的删除
删除链表中的一个已有节点，如下图所示：
分析图例可知，已有链表（左侧），A->next= B;B->next = C；现在要删除节点B，那么需要断开节点AB和BC之间的关系，然后把AC连接起来。即A->next = A->next->next；然后根据需要f释放节点B即可。程序实现：
void list_delete(List list, void *key,
int (*compare)(const void *, const void *)) //以key为删除关键词，compare为节点数据比较机制，由用户自己编写 {
void *data;
struct node *n, *t;
n = list->head;
if(!compare(n->data, key)){ //如果要删除的节点为首节点
printf("list_delete\n");
t = n;
data = n->data;
list->head = n->next;
free(t);
list->len--;
return data;
}
while(n->next != NULL){ //遍历查找符合条件的节点，删除之
if(compare(n->next->data, key) == 0){ //只删除第一个符合条件的节点。
t = n->next;
if(n->next == list->tail){
list->tail = n;
}
n->next = n->next->next;
data = t->data;
free(t);
list->len--;
return data; //把删除的数据返回给用户，供用户后续的处理使用。
}
n = n->next;
}
return NULL; //没找到匹配的节点，返回NULL}
链表的遍历
使用node = node->next的方式，依次得到各个节点，对各个节点使用handle方法，即实现了链表的遍历。
void list_traverse(List list, void (handle)(void *)) //handle为节点遍历策略,由用户自己编写
{
struct node *p;
p = list->head;
while(p){
handle(p->data);
p = p->next;
}}
链表的搜索
根据用户给点的数据遍历匹配节点，如果找到了，则将该节点的数据域返回给用户；找不到返回NULL。
void list_search(List list, void key, int (compare)(const void , const void )) //以key为搜索关键词，compare为节点数据比较机制，由用户自己编写
{
struct node *n;
n = list->head;
while(n){
if(!compare(n->data, key)){ //找到了，返回找到的数据
return n->data;
}
n = n->next;
}
return NULL; //找不到，返回NULL}
链表的排序
排序思想：新建一个链表tmp，然后依次取出原链表list中的最小节点，以头插法或者尾插法的机制插入到tmp链表中，直到原链表list为空。然后再把list指向tmp，此时list即为排序好的链表。当然也可以采用选择排序、冒泡排序等其它方式实现。static struct node find_min_node(List list,
int (*compare)(const void *, const void *)) //找最小节点，链表排序用；以compare为比较机制，由用户自己编写{
struct node *min, *n;
n = list->head;
min = list->head;
while(n) {
if(compare(min->data, n->data) > 0) {
min = n;
}
n = n->next;
}
return min;}
static void delete_node(List list, struct node key) //以节点数据key为关键词，删除匹配的节点，链表排序用；
{
struct node *n;
n = list->head;
if(n == key){
list->head = n->next;
return;
}
while(n->next){
if(n->next == key){
if(key == list->tail){
list->tail = n;
}
n->next = n->next->next;
return;
}
n = n->next;
}}
static void insert_node(List list, struct node key)//以节点数据key为关键词，插入匹配的节点，链表排序用；
{
if(list->head == NULL){
list->head = key;
list->tail = key;
}else{
list->tail->next = key;
list->tail = key;
}}
void list_sort(List *list,
int (*compare)(void *, void *)){
List tmp;
struct node *n;
list_init(&tmp);
while(! is_empty(list)) {
n = find_min_node(list, compare);
delete_node(list, n);
n->next = NULL;
insert_node(&tmp, n);
}
list->head = tmp.head;
list->tail = tmp.tail;}
链表逆序
如下图所示：
基本思想：遍历一遍链表，依次处理每个节点的next指针指向；遍历完一遍链表，链表的顺序就倒置过来了。见下列程序实现：
void list_reverse(List *list)
{
struct node *pre = NULL, *next, *p = list->head;
list->tail = list->head; //tail指向head；第一次head到tail的倒置。
while(p){
next = p->next;
if(!next){ //当p->next为最后一个节点时，让head指向p->next；最后一次tail到head的倒置。
list->head = p;
}
//备份当前节点为pre，作为其下一个节点的next（第一个节点为NULL，初始化时已定义）；中间部分节点的倒置。
p->next = pre;
pre = p;
p = next;
}}
求链表长度
由于链表结构中添加了len属性，因此获取链表长度，直接读取len即可。如果链表结构中不实用len属性，则需要遍历一遍链表，统计循环次数。
程序实现：
long get_lenth(List *list)
{
return (list->len);}
获取链表某节点的数据
遍历链表到第idx个节点，将该节点处的数据返回给用户即可。
程序实现：
void list_get_element(List list, int idx)
{
int i = 0;
struct node *n;
n = list->head;
while(n && i < idx){
i ++;
n = n->next;
}
if(n){
return n->data;
}
return NULL;}
链表的注销
使用完链表之后，需要销毁链表来释放资源；秉着谁的数据谁负责的原则，需要传递一个函数指针到list_destroy中，用于销毁节点的数据；
void list_destroy(List list, void (destroy)(void *)) //destroy为销毁链表时对节点数据的处理函数,由用户自己编写。传递NULL时表示不做处理
{
list->len = 0;
struct node *n, *tmp;
n = list->head;
while(n){
tmp = n->next; //tmp只起一个记录n->next的功能，否则后面把n free掉之后，就找不到n->next了。
if(destroy){ //传递用户自定义的数据处理函数，为0时不执行
destroy(n->data); //使用用户提供的destroy函数来释放用户的数据。
}
free(n);
n = tmp; //把n free掉之后，再把tmp给n，相当于把n->next给n,如此循环遍历链表，挨个删除。
}}
Sample1
简单的功能测试函数，程序无实际意义。
include
include "list.h"
typedef struct test{
int val1;
float val2;}test_t;
void handle(void *data)
{
test_t *test = (test_t *)data;
printf("val1:%d, val2:%f\n", test->val1, test->val2);}
int compare_int(const void s1, const void s2)
{
test_t *data1 = (test_t *)s1;
int *data2 =(int *)s2;
return (data1->val1 - *data2);}
int compare_int_sort(const void s1, const void s2)
{
test_t *data1 = (test_t *)s1;
test_t *data2 = (test_t *)s2;
return (data1->val1 - data2->val1);}
void print(List *list)
{
printf("list len = %ld\n", list_get_lenth(list));
if(!is_empty(list)){
//test list_reverse
list_traverse(list, handle);
}
else{
printf("\tthe list is empty\n");
}}
int main(void)
{
List list;
list_init(&list);
test_t test1 = {10, 10.5};
test_t test2 = {20, 20.5};
test_t test3 = {30, 30.5};
test_t test4 = {40, 40.5};
test_t test5 = {50, 50.5};
//test list_insert
printf("------insert(_at_tail)----\n");
list_insert(&list, &test1);
list_insert(&list, &test2);
list_insert(&list, &test3);
print(&list);
//test list_delete
printf("------delete----\n");
list_delete(&list, &test1.val1, compare_int);
print(&list);
//test list_insert_at_head
printf("------insert_at_head----\n");
list_insert_at_head(&list, &test4);
print(&list);
//test list_insert_at_index
printf("------insert_at_index(2)----\n");
list_insert_at_index(&list, &test5, 2);
print(&list);
//test list_reverse
printf("------reverse----\n");
list_reverse(&list);
print(&list);
//test list_search
int key = 20;
test_t *ret;
printf("------search----\n");
ret = list_search(&list, &key, compare_int);
printf("%d:%f\n", ret->val1, ret->val2);
key = 50;
ret = list_search(&list, &key, compare_int);
printf("%d:%f\n", ret->val1, ret->val2);
//test list_get_element
printf("------list_get_element----\n");
ret = list_get_element(&list, 2);
printf("%d:%f\n", ret->val1, ret->val2);
ret = list_get_element(&list, 3);
printf("%d:%f\n", ret->val1, ret->val2);
//test list_sort
printf("-----sort----\n");
list_sort(&list, compare_int_sort);
print(&list);
//test list_destroy
printf("-----destroy----\n");
list_destroy(&list, NULL);
return 0;}
输出结果如下所示：
------insert(_at_tail)----
list len = 3
val1:10, val2:10.500000
val1:20, val2:20.500000
val1:30, val2:30.500000
------delete----
list len = 2
val1:20, val2:20.500000
val1:30, val2:30.500000
------insert_at_head----
list len = 3
val1:40, val2:40.500000
val1:20, val2:20.500000
val1:30, val2:30.500000
------insert_at_index(2)----
list len = 4
val1:40, val2:40.500000
val1:20, val2:20.500000
val1:50, val2:50.500000
val1:30, val2:30.500000
------reverse----
list len = 4
val1:30, val2:30.500000
val1:50, val2:50.500000
val1:20, val2:20.500000
val1:40, val2:40.500000
------search----
20:20.500000
50:50.500000
------list_get_element----
50:50.500000
20:20.500000
-----sort----
list len = 4
val1:20, val2:20.500000
val1:30, val2:30.500000
val1:40, val2:40.500000
val1:50, val2:50.500000
-----destroy----
获取Sample1源码
Sample2
预计是一个学生信息管理系统，待续.......后记
通过valgrind这个工具可以检测内存泄漏，ubuntu下使用sudo apt-get install valgrind即可安装；使用方法：valgrind --tool=memcheck ./app
Sample1的检查结果如下所示：
$ valgrind --tool=memcheck ./app
==4298== Memcheck, a memory error detector
==4298== Copyright (C) 2002-2009, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.
==4298== Using Valgrind-3.6.0.SVN-Debian and LibVEX; rerun with -h for copyright info
==4298== Command: ./app
==4298==
....
....
....
==4298==
==4298== HEAP SUMMARY:
==4298== in use at exit: 0 bytes in 0 blocks
==4298== total heap usage: 5 allocs, 5 frees, 40 bytes allocated
==4298==
==4298== All heap blocks were freed -- no leaks are possible
==4298==
