智能程序设计（C语言）

链表 (II) · 插入、搜索与删除

计算机学院    杨已彪

yangyibiao@nju.edu.cn

提纲

  • 链表的开头插入一个结点

  • 搜索链表

  • 从链表中删除结点

  • 有序链表

  • 课堂编码与小测

链表的开头插入一个结点

链表的优点之一是可以在任何位置添加结点, 但开头最容易插入.

上一节课堂编码已用过这两条语句, 这里回顾一下: 顺序不能交换.

第一步是修改新结点的成员next, 使其指向之前在链表开头的结点:

new_node->next = first;

第二步是使first指向新结点:

first = new_node;

重点: 即使链表为空, 这些语句也有效——first 为 NULL 时, 新结点的 next 变成 NULL, 它自然成为唯一的结点.

搜索链表

问题: 在链表中搜索整数 n——找到则返回指向该结点的指针, 否则返回空指针.

struct node *search_list(struct node *list, int n)
{
 for (struct node *p = list; p != NULL; p = p->next)
   if (p->value == n)
     return p;
 return NULL;
}
struct node *search_list(struct node *list, int n)
{
 for (; list != NULL; list = list->next)
   if (list->value == n)
     return list;
 return NULL; 
}

虽然while循环也可以搜索链表, 但for语句通常是首选.

访问链表中结点的循环, 使用指针变量p来跟踪"当前"结点:

该函数的初始版本:

还有很多其他的方法来编写search_list.

一种替代方法是消除变量p, 用list本身来跟踪当前结点:

由于list是原始链表指针的副本, 因此在函数中更改它没有损害.

从链表中删除结点 
for (cur = list, prev = NULL;
    cur != NULL && cur->value != n;
    prev = cur, cur = cur->next)
  ;

链表的一大优势: 删除结点很方便.

删除结点分三步:

  • 找到要删除的结点.

  • 更改前一个结点, 使其"绕过"已删除的结点.

  • 调用 free 回收被删除结点占用的空间.

第 1 步比看起来更难, 因为第 2 步需要更改前一个结点.

这个问题有多种解决方案.

"追踪指针"技术涉及保持指向前一个结点(prev)的指针以及指向当前结点(cur)的指针.

假设 list 指向要搜索的链表, n 是要删除的整数.

实现第 1 步的循环:

当循环终止时, 若找到 n, cur 指向要删除的结点, prev 指向前一个结点; 若 n 不在链表中, cur 为 NULL, 需先检查再删除.

从链表中删除结点 (续)
代码

把前面的循环与第 2、3 步合起来, 得到完整的删除函数:

struct node *delete_node(struct node *list, int n)
{
  struct node *cur, *prev;
  for (cur = list, prev = NULL;
      cur != NULL && cur->value != n;
      prev = cur, cur = cur->next)
    ;
  if (cur == NULL) return list;              /* n 不在链表中 */
  if (prev == NULL) list = cur->next;        /* 删的是头结点 */
  else prev->next = cur->next;               /* 绕过 cur */
  free(cur);                                 /* 回收内存 */
  return list;
}
要点

  • 删除头结点要更新头指针; free 之后 cur 不能再解引用

  • 删除操作只改变指针, 不移动结点; 查找是 O(n), 删除本身 O(1)

假设链表如下并且 n 为 20; 执行完 cur = list, prev = NULL 后:
有序链表

  • 结点按数据排序的链表称为有序链表.

  • 插入更难: 新结点并不总是放在链表的开头.

  • 搜索更快: 到达期望结点应该出现的位置后即可停止查找.

有序链表: 找到第一个比 25 大的结点 list 10 20 30 × NULL prev cur 25 new_node new_node->next = cur; prev->next = new_node

插入时先接后断: 先让 new_node->next = cur, 再让 prev->next = new_node; 顺序反过来会先丢掉 cur 之后的链表.

课堂编码

现场演示

三个课时的任务共用同一份 skeleton.c, 按注释分组, 只写函数体.

  1. 写 void print_list(struct node *list): 从头到尾打印每个结点的 value
  2. 写 struct node *append(struct node *list, int n): 把新结点接到末尾 (注意: 空链表时直接返回新结点)
  3. 删除链表中所有值为 n 的结点 (删除头结点要更新头指针!)

提示: 先想清楚 prev 和 cur 两个指针怎么配合, 再动手

⚡ 在 VS Code 中打开 skeleton.c
课堂小测
  1. 概念: 在链表头部插入结点, 两条语句的顺序能交换吗？为什么？
  2. 概念: 删除一个结点分哪三步？
  3. 阅读: search_list 在空链表上调用会返回什么？
  4. 纠错: free(cur) 之后, 又访问 cur->next 会怎样？

未完待续

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