单向链表的C语言实现与基本操作

本文的主要内容目录：

一、单向链表的C语言实现

二、单向链表的基本操作

一、单向链表的C语言实现

链表作为一种基本的数据结构在程序开发过程当中经常会使用到。对C语言来说链表的实现主要依靠结构体和指针，所以本文相关内容和程序需要有C语言当中指针和结构体的基础。

链表是一种线性存储数据的结构，存储内容在逻辑上连续的，在物理上却不一定连续。单向链表的组成包括一个链表头（head）和若干链表元素（node），对链表的基本操作其实就是增、删、改、查。

首先说说单向链表的C语言实现方法。为了实现一个单向链表，首先定义一个结构体：

/* 定义一个表示链表的结构体指针 */
struct list {
int id;			/* 标识这个元素方便查找 */
char data[20];		/* 链表中包含的元素 */
struct list *next;	/* 指向下一个链表的指针 */
};

下面来编写程序实现一个链表的基本操作。该程序的功能是首先分配若干个链表元素（node），然后对这些链表元素进行赋初值，赋完初值之后将这些链表元素依次加入到链表当中，最后把这些元素的data字段依次打印出来。（注意 ：本程序实现的链表头结点（head）当中是存放数据的；为了保证每一个元素的id字段都不相同，所以定义了一个全局静态数据成员list_id；使用linux下的gcc进行编译）。程序如下：

/* 包含的头文件 */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

/* 定义一个表示链表的结构体指针 */
struct list {
int id;			/* 标识这个元素方便查找 */
char data[20];		/* 链表中包含的元素 */
struct list *next;	/* 指向下一个链表的指针 */
};

/* 定义一个链表头部 */
static struct list *list_head = NULL;

/* 为了保证每一个链表元素的id不同，特意把id定义成一个全局静态变量 */
static int list_id = 0;

/**	将指定元素插入到聊表尾部
* 	head	: 表示要插入元素的链表的头部的地址
*	list    : 表示要插入到链表中的元素
*/
static void list_add(struct list **head, struct list *list)
{
struct list *temp;

/* 判断链表是否为空 */
if(NULL == *head)
{
/* 为空 */
*head = list;
(*head)->next = NULL;
}
else
{
/* 不为空 */
temp = *head;
while(temp)
{
if(NULL == temp->next)
{
temp->next = list;
list->next = NULL;
}
temp = temp->next;
}
}
}
/** 遍历一个链表，打印链表中每个元素所包含的数据
* head : 表示要遍历的链表的头部的指针
*/
static void list_print(struct list **head)
{
struct list *temp;

temp = *head;

printf("list information :\n");
while(temp)
{
printf("\tlist %d : %s\n", temp->id, temp->data);
temp = temp->next;
}
}

/* 主函数，程序的入口 */
int main(int argc, char *argv[])
{
int i = 0;
struct list *lists = NULL;

/* 分配10个元素 */
lists = malloc(sizeof(struct list) * 10);
if(NULL == lists)
{
printf("malloc error!\n");
return -1;
}

/* 将分配的10个元素依次填充数据并加入到链表当中 */
for(i = 0; i < 10; i++)
{
lists[i].id = list_id++;
sprintf(lists[i].data, "TECH-PRO - %d", i);

list_add(&list_head, &lists[i]);
}

/* 遍历链表，把链表中每个元素的信息都打印出来 */
list_print(&list_head);

return 0;
}

程序的运行结果如下所示：



二、单向链表的基本操作

链表的基本操作其实就是对链表中元素的操作。链表的基本操作包括链表中结点元素的添加、删除、修改和查看，简单来说就是增、删、改、查。

2.1 单向链表中元素添加

在链表中添加元素时首先判断链表是否为空，为空时直接把要添加的元素赋值给链表头部，否者就要对链表进行遍历找到下一个为空的结点，然后把元素插入到链表尾部。

实现链表插入的程序代码：

/**	将指定元素插入到聊表尾部
* 	head	: 表示要插入元素的链表的头部的地址
*	list    : 表示要插入到链表中的元素
*/
static void list_add(struct list **head, struct list *list)
{
struct list *temp;

/* 判断链表是否为空 */
if(NULL == *head)
{
/* 为空 */
*head = list;
(*head)->next = NULL;
}
else
{
/* 不为空 */
temp = *head;
while(temp)
{
if(NULL == temp->next)
{
temp->next = list;
list->next = NULL;
}
temp = temp->next;
}
}
}

在main函数中田间如下代码：

struct list temp_list;

/* 填充这个结构体并加入链表当中 */
temp_list.id = list_id++;
sprintf(temp_list.data, "temp_list");
list_add(&list_head, &temp_list);

对程序进行编译，结果如下：



2.2 在单向链表中删除元素

在链表删除一个元素结点是链表基本操作中相对复杂的。首先需要判断链表是否为空，当链表不为空时，要再次判断要删除的元素是否是头结点（head），如果是直接将下一个元素赋值给头结点，不过不是就需要遍历整个链表找到要删除的结点元素。（注：本算法实现的删除是通过对元素结点的id字段进行的）。

删除链表结点的程序代码：

/**	将指定元素从链表尾部删除
* 	head	: 表示要删除元素的链表的头部的地址
*	id      : 表示要删除元素的标识
*	返回值  : 0-成功，-1-失败
*/
static int list_del(struct list **head, int id)
{
struct list *temp, *p;
temp = *head;

if(NULL == temp)
{
/* 链表为空 */
printf("链表为空!\n");
return -1;
}
else
{
/* 判断匹配的元素是否为链表头部的元素 */
if(id == temp->id)		/* 是链表头部 */
{
*head = temp->next;
return 0;
}
else					/* 不是链表头部 */
{
while(temp->next)
{
p = temp;
temp = temp->next;

if(id == tem
4000
p->id)
{
p->next = temp->next;
return 0;
}
}
return -1;
}
}

return -1;
}

在main函数中添加如下代码：

/* 删除链表中开始位置、中间位置、尾部的元素 */
list_del(&list_head, 0);
list_del(&list_head, 5);
list_del(&list_head, 10);

对程序进行编译结果如下所示，第0、5、10号元素都被删除：



2.3 在单向链表中修改指定的元素

在链表中修改元素，通过对链表中元素进行遍历，找到要修改的元素对其内容分进行修改即可，实现链表元素的修改是相对容易的。（注 ：对要修改的元素的定位是通过id字段来完成的）

链表中修改元素的程序如下：

/**	将指定id的元素所定义的内容进行修改
* 	head	: 表示要改变元素的链表的头部的地址
*	id      : 表示要改变元素的标识
*	content : 表示要改变的内容
*	返回值  : 0-成功，-1-失败
*/
static int list_chg(struct list **head, int id, char *content)
{
struct list *temp;

temp = *head;	/* 将链表的头部赋值给临时聊表变量 */

while(temp)		/* 对链表进行轮询 */
{
if(id == temp->id)
{
memset(temp->data, 0, sizeof(temp->data));
sprintf(temp->data, "%s", content);
temp->data[strlen(content)] = '\0';
return 0;
}
temp = temp->next;
}
return -1;
}

在main函数中添加如下代码：

/* 改变id为4的元素所对应的值为 "change!!!" */
list_chg(&list_head, 4, "change!!!");

编译程序，运行结果如下所示：



2.4 对单向链表的元素进行查询操作

在链表中查询一个元素，根据链表头部对链表进行遍历即可。

链表中查询的程序代码：

/**	将指定id的元素所定义的内容进行查找
* 	head	: 表示要查询元素的链表的头部的地址
*	id      : 表示要查询元素的标识
*	返回值  : 0-成功，-1-失败
*/
static int list_query(struct list **head, int id)
{
struct list *temp;

temp = *head;	/* 将链表的头部赋值给临时聊表变量 */

while(temp)		/* 对链表进行轮询 */
{
if(id == temp->id)
{
printf("list %d : %s\n", temp->id, temp->data);
return 0;
}
temp = temp->next;
}

/* 没有找到元素 */
printf("not finding!\n");

return -1;
}

程序运行结果：



附录：单向链表的基本操作已经说完，附上一个完整的程序。

/* 包含的头文件 */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

/* 定义一个表示链表的结构体指针 */
struct list {
int id;				/* 标识这个元素方便查找 */
char data[20];		/* 链表中包含的元素 */
struct list *next;	/* 指向下一个链表的指针 */
};

/* 定义一个链表头部 */
static struct list *list_head = NULL;

/* 为了保证每一个链表元素的id不同，特意把id定义成一个全局静态变量 */
static int list_id = 0;

/**	将指定元素插入到链表尾部
* 	head	: 表示要插入元素的链表的头部的地址
*	list    : 表示要插入到链表中的元素
*/
static void list_add(struct list **head, struct list *list)
{
struct list *temp;

/* 判断链表是否为空 */
if(NULL == *head)
{
/* 为空 */
*head = list;
(*head)->next = NULL;
}
else
{
/* 不为空 */
temp = *head;
while(temp)
{
if(NULL == temp->next)
{
temp->next = list;
list->next = NULL;
}
temp = temp->next;
}
}
}

/** 遍历一个链表，打印链表中每个元素所包含的数据
* head : 表示要遍历的链表的头部的指针
*/
static void list_print(struct list **head)
{
struct list *temp;

temp = *head;

printf("list information :\n");
while(temp)
{
printf("\tlist %d : %s\n", temp->id, temp->data);
temp = temp->next;
}
}

/**	将指定元素从链表尾部删除
* 	head	: 表示要删除元素的链表的头部的地址
*	id      : 表示要删除元素的标识
*	返回值  : 0-成功，-1-失败
*/
static int list_del(struct list **head, int id)
{
struct list *temp, *p;
temp = *head;

if(NULL == temp)
{
/* 链表为空 */
printf("链表为空!\n");
return -1;
}
else
{
/* 判断匹配的元素是否为链表头部的元素 */
if(id == temp->id)		/* 是链表头部 */
{
*head = temp->next;
return 0;
}
else					/* 不是链表头部 */
{
while(temp->next)
{
p = temp;
temp = temp->next;

if(id == temp->id)
{
p->next = temp->next;
return 0;
}
}
return -1;
}
}

return -1;
}

/**	将指定id的元素所定义的内容进行修改
* 	head	: 表示要改变元素的链表的头部的地址
*	id      : 表示要改变元素的标识
*	content : 表示要改变的内容
*	返回值  : 0-成功，-1-失败
*/
static int list_chg(struct list **head, int id, char *content)
{
struct list *temp;

temp = *head;	/* 将链表的头部赋值给临时聊表变量 */

while(temp)		/* 对链表进行轮询 */
{
if(id == temp->id)
{
memset(temp->data, 0, sizeof(temp->data));
sprintf(temp->data, "%s", content);
temp->data[strlen(content)] = '\0';
return 0;
}
temp = temp->next;
}
return -1;
}

/**	将指定id的元素所定义的内容进行查找
* 	head	: 表示要查询元素的链表的头部的地址
*	id      : 表示要查询元素的标识
*	返回值  : 0-成功，-1-失败
*/
static int list_query(struct list **head, int id)
{
struct list *temp;

temp = *head;	/* 将链表的头部赋值给临时聊表变量 */

while(temp)		/* 对链表进行轮询 */
{
if(id == temp->id)
{
printf("list %d : %s\n", temp->id, temp->data);
return 0;
}
temp = temp->next;
}

/* 没有找到元素 */
printf("not finding!\n");

return -1;
}
/* 主函数，程序的入口 */
int main(int argc, char *argv[])
{
int i = 0;
struct list *lists = NULL;

struct list temp_list;

/* 分配10个元素 */
lists = malloc(sizeof(struct list) * 10);
if(NULL == lists)
{
printf("malloc error!\n");
return -1;
}

/* 将分配的10个元素依次填充数据并加入到链表当中 */
for(i = 0; i < 10; i++)
{
lists[i].id = list_id++;
sprintf(lists[i].data, "TECH-PRO - %d", i);

list_add(&list_head, &lists[i]);
}

/* 填充这个结构体并加入链表当中 */
temp_list.id = list_id++;
sprintf(temp_list.data, "temp_list");
list_add(&list_head, &temp_list);

/* 删除链表中开始位置、中间位置、尾部的元素 */
list_del(&list_head, 0);
list_del(&list_head, 5);
list_del(&list_head, 10);

/* 改变id为4的元素所对应的值为 "change!!!" */
list_chg(&list_head, 4, "change!!!");

/* 查询链表中id为4的元素结点的内容 */
list_query(&list_head, 4);

return 0;
}