彻底理解链表中为何使用二级指针或者一级指针的引用

在用c/c++写数据结构程序时，链表和二叉树中经常需要用到二级指针或者一级指针的引用，那么什么时候用什么时候不用呢？

先看一个简单的c++链表操作程序：

（虽然风格有点像c，不过这个是cpp文件，不要在意这些细节）

[cpp] view
plaincopy

/*

code:Linklist

author:tashaxing

time:2014.9.30

*/

#include "stdio.h"

#include "stdlib.h"

#include "time.h"

#define OK 1

#define ERROR 0

#define TRUE 1

#define FALSE 0

#define MAXSIZE 20 /* 存储空间初始分配量 */

typedef int Status;/* Status是函数的类型,其值是函数结果状态代码，如OK等 */

typedef int ElemType;/* ElemType类型根据实际情况而定，这里假设为int */

Status visit(ElemType c)

{

printf("%d ",c);

return OK;

}

typedef struct Node

{

ElemType data;

struct Node *next;

}Node;

typedef struct Node *LinkList; /* 定义LinkList */

//初始化表头，用一级指针（此方式无效）

Status InitList1(LinkList L) //等价于Node *L

{

L=(LinkList)malloc(sizeof(Node)); /* 产生头结点,并使L指向此头结点 */

if(!L) /* 存储分配失败 */

return ERROR;

L->next=NULL; /* 指针域为空 */

return OK;

}

//初始化表头，用二级指针

Status InitList2(LinkList *L) //等价于Node **L

{

*L=(LinkList)malloc(sizeof(Node)); /* 产生头结点,并使L指向此头结点 */

if(!(*L)) /* 存储分配失败 */

return ERROR;

(*L)->next=NULL; /* 指针域为空 */

return OK;

}

//初始化表头，用一级指针引用

Status InitList3(LinkList &L) //等价于Node *&L

{

L=(LinkList)malloc(sizeof(Node)); /* 产生头结点,并使L指向此头结点 */

if(!L) /* 存储分配失败 */

return ERROR;

L->next=NULL; /* 指针域为空 */

return OK;

}

//清空链表，使用二级指针

Status ClearList1(LinkList *L)

{

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 */

return OK;

}

//清空链表，使用一级指针

Status ClearList2(LinkList L)

{

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 */

return OK;

}

//销毁链表，使用一级指针(此方式无效)

Status DestroyList1(LinkList L)

{

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;

}

free(L);

L=NULL;

return OK;

}

//销毁链表，使用二级指针

Status DestroyList2(LinkList *L)

{

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;

}

free(*L);

*L=NULL;

return OK;

}

//销毁链表，使用一级指针引用

Status DestroyList3(LinkList &L)

{

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;

}

free(L);

L=NULL;

return OK;

}

/* 初始条件：顺序线性表L已存在，1≤i≤ListLength(L) */

/* 操作结果：用e返回L中第i个数据元素的值 */

Status GetElem(LinkList L,int i,ElemType *e)

{

int j;

LinkList p; /* 声明一结点p */

p = L->next; /* 让p指向链表L的第一个结点 */

j = 1; /* j为计数器 */

while (p && j<i) /* p不为空或者计数器j还没有等于i时，循环继续 */

{

p = p->next; /* 让p指向下一个结点 */

++j;

}

if ( !p || j>i )

return ERROR; /* 第i个元素不存在 */

*e = p->data; /* 取第i个元素的数据 */

return OK;

}

//在中间插入元素，用二级指针

Status ListInsert1(LinkList *L,int i,ElemType e)

{

int j;

LinkList p,s;

p = *L;

j = 1;

while (p && j < i) /* 寻找第i个结点 */

{

p = p->next;

++j;

}

if (!p || j > i)

return ERROR; /* 第i个元素不存在 */

s = (LinkList)malloc(sizeof(Node)); /* 生成新结点(C语言标准函数) */

s->data = e;

s->next = p->next; /* 将p的后继结点赋值给s的后继 */

p->next = s; /* 将s赋值给p的后继 */

return OK;

}

//在中间插入元素，用一级指针

Status ListInsert2(LinkList L,int i,ElemType e)

{

int j;

LinkList p,s;

p = L;

j = 1;

while (p && j < i) /* 寻找第i个结点 */

{

p = p->next;

++j;

}

if (!p || j > i)

return ERROR; /* 第i个元素不存在 */

s = (LinkList)malloc(sizeof(Node)); /* 生成新结点(C语言标准函数) */

s->data = e;

s->next = p->next; /* 将p的后继结点赋值给s的后继 */

p->next = s; /* 将s赋值给p的后继 */

return OK;

}

//删除一个元素，用二级指针

Status ListDelete1(LinkList *L,int i,ElemType *e)

{

int j;

LinkList p,q;

p = *L;

j = 1;

while (p->next && j < i) /* 遍历寻找第i个元素 */

{

p = p->next;

++j;

}

if (!(p->next) || j > i)

return ERROR; /* 第i个元素不存在 */

q = p->next;

p->next = q->next; /* 将q的后继赋值给p的后继 */

*e = q->data; /* 将q结点中的数据给e */

free(q); /* 让系统回收此结点，释放内存 */

return OK;

}

//删除一个元素，用一级指针

Status ListDelete2(LinkList L,int i,ElemType *e)

{

int j;

LinkList p,q;

p = L;

j = 1;

while (p->next && j < i) /* 遍历寻找第i个元素 */

{

p = p->next;

++j;

}

if (!(p->next) || j > i)

return ERROR; /* 第i个元素不存在 */

q = p->next;

p->next = q->next; /* 将q的后继赋值给p的后继 */

*e = q->data; /* 将q结点中的数据给e */

free(q); /* 让系统回收此结点，释放内存 */

return OK;

}

/* 初始条件：顺序线性表L已存在 */

/* 操作结果：依次对L的每个数据元素输出 */

Status ListTraverse(LinkList L)

{

LinkList p=L->next;

while(p)

{

visit(p->data);

p=p->next;

}

printf("\n");

return OK;

}

int main()

{

LinkList L;

ElemType e;

Status i;

int j,k;

//InitList1(L); //一级指针方式创建表头，失败

//InitList2(&L); //二级指针方式创建表头，成功

InitList3(L); //一级指针引用方式创建表头，成功

for(j=1;j<=7;j++)

ListInsert2(L,1,j);

printf("一级指针方式在L的表头依次插入1～7后：");

ListTraverse(L);

ListInsert1(&L,3,12);

printf("二级指针方式在L的中间插入12后：");

ListTraverse(L);

ListInsert2(L,5,27);

printf("一级指针在L的中间插入27后：");

ListTraverse(L);

GetElem(L,5,&e);

printf("第5个元素的值为：%d\n",e);

ListDelete1(&L,5,&e); /* 删除第5个数据 */

printf("二级指针方式删除第%d个的元素值为：%d\n",5,e);

printf("依次输出L的元素：");

ListTraverse(L);

ListDelete2(L,3,&e); /* 删除第3个数据 */

printf("一级指针方式删除第%d个的元素值为：%d\n",3,e);

printf("依次输出L的元素：");

ListTraverse(L);

printf("二级指针方式清空链表\n");

ClearList1(&L);

printf("依次输出L的元素：");

ListTraverse(L);

for(j=1;j<=7;j++)

ListInsert2(L,j,j);

printf("在L的表尾依次插入1～7后：");

ListTraverse(L);

printf("一级指针方式清空链表\n");

ClearList2(L);

printf("依次输出L的元素：");

ListTraverse(L);

printf("销毁链表\n");

//DestroyList1(L); //一级指针方式销毁链表，失败,且出现满屏乱码

//DestroyList2(&L); //二级指针方式销毁链表，成功

DestroyList3(L); //一级指针引用方式销毁链表，成功

return 0;

}

输出结果：



得出结论：

1，初始化链表头部指针需要用二级指针或者一级指针的引用。

2，销毁链表需要用到二级指针或者一级指针的引用。

3，插入、删除、遍历、清空结点用一级指针即可。

分析：

1，只要是修改头指针则必须传递头指针的地址，否则传递头指针值即可（即头指针本身）。这与普通变量类似，当需要修改普通变量的值，需传递其地址，否则传递普通变量的值即可（即这个变量的拷贝）。使用二级指针，很方便就修改了传入的结点一级指针的值。 如果用一级指针，则只能通过指针修改指针所指内容，却无法修改指针的值，也就是指针所指的内存块。所以创建链表和销毁链表需要二级指针或者一级指针引用。

2，不需要修改头指针的地方用一级指针就可以了，比如插入，删除，遍历，清空结点。假如头指针是L，则对L->next 及之后的结点指针只需要传递一级指针。

3，比如一个结点p，在函数里要修改p的指向就要用二级指针，如果只是修改p的next指向则用一级指针就可以了

函数中传递指针，在函数中改变指针的值，就是在改变实参中的数据信息。但是这里改变指针的值实际是指改变指针指向地址的值，因为传递指针就是把指针指向变量的地址传递过来，而不是像值传递一样只是传进来一个实参副本。所以当我们改变指针的值时，实参也改变了。

仔细看函数InitList2(LinkList *L) 可以发现，在该函数中改变了指针的指向，也就是改变了指针自身的值。对比一下按值传递，这里的"值"是一个指针，所以我们要想指针本身的改变可以反映到实参指针上，必须使用二级指针。

下面通过看一个例子来理解：

[cpp] view
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#include <iostream>

#include <string.h>

using namespace std;

void fun1(char* str)

{

str = new char[5];

strcpy (str, "test string");

}

void fun2(char** str)

{

*str = new char[5];

strcpy (*str, "test string");

}

int main()

{

char* s = NULL;

cout << "call function fun1" << endl;

fun1 (s);

if (!s)

cout << "s is null!" << endl;

else

cout << s << endl;

cout << "call function fun2" << endl;

fun2 (&s);

if (!s)

cout << "s is null!" << endl;

else

cout << s << endl;

return 0;

}

输出结果：



分析：

在fun1中，当调用str = new char[5]时，str和s已经没什么关系了，相当于在fun1中复制了一个指针，这个指针指向的空间存储了字符串“test string”，但s仍指针NULL。当调用fun2时，因为是二级指针，s指向str，这里*str = new char[5]，*str就是s，所以给*str分配空间就是给s分配空间。这样解释应该就很清楚了。

画图为例：

fun1执行时



fun2执行时



如图所示，在fun1种str是s的拷贝，给str分配空间跟s没有关系，在fun2种str是二级指针，指向s，能够通过控制*str从而给s分配空间。

后记

用框图表示链表中二级指针或者一级指针的使用更加直白了。

1，二级指针创建头指针。

a.只有头指针，没有头结点



b，有头指针，也有头节点



c，而如果不用二级指针，直接传一个一级指针，相当于生成L的拷贝M，但是对M分配空间与L无关了。



2，二级指针销毁头指针



无论有没有头节点都要用二级指针或者一级指针的引用传参来销毁。

3，二级指针与一级指针方式插入结点



传二级指针就是在从链表头指针开始对链表操作，传一级指针只不过是对头结点L生成了一个拷贝M，M的next指向的仍然是L的next，因此，后面的操作仍然是在原链表上操作。

4，二级指针与一级指针方式删除结点



删除的原理与插入一样。

注意：

在没有传入头结点的情况下必须使用二级指针，使用一级指针无效。

例如：

[cpp] view
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print?

void insert(Node *p)

{

//do something to change the structure

}

void fun(Node *T)

{

Node *p;

insert(p) //OK,the head T is in

}

int main()

{

Node *T;

fun(T); //OK,the head T is in

}

因为fun函数里传入了数据结构的头指针（链表，二叉树都可以），在这个函数里面的insert函数形参可以是一级指针。

但是如果在main函数里直接单独对数据结构中某一个结点操作就不能用一级指针了。

[cpp] view
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print?

void insert1(Node *p)

{

//do something to change the structure

}

void insert2(Node **P)

{

//do something to change the structure

}

int main()

{

Node *p;

insert1(p); //error

insert2(&p); //OK

}