数据结构之链表C语言实现以及使用场景分析

牢骚：本篇博客两个星期前已经存为草稿，鉴于发生一些糟糕的事情，今天才基本完成。本人6月份应届毕业生一枚，毕业后当天来到帝都，之后也非常顺利，面试了俩家公司都成功了。一家做C++方面电商ERP，一家做wifi模块，觉得第二家公司小，薪资低，但是觉得好玩就去了。同时，在学校也喝了不少鸡汤，觉得公司小怎么了。然而去了不到20天，公司被深圳一家公司收购了，公司动员我去深圳，我尼玛我才来20多天啊，有木有？而且感觉公司做这么大的决定都是随时拍板的吗？

原本以为一个公司的生命力强到可以忽略的概率，然而当自己真实的遇到这一切，才知道这个社会有多残忍，公司的生存可能比一个员工的生存更要困难。

接下来就是找工作了，跑呀，找呀。。。。。。。。           一路被忽略，一路被放鸽子，一路被无视。。。。。。。   心里五味杂陈。。。。。。。。。

so，可能我还是太菜了，这种玩计算机的心态，也许会被生活玩，唯有认真拼命的学习也许能够拯救我的颓势。

感谢seven，严厉也好，鼓励也好，短短的一个月，您教会了我许多，感谢您的知遇之恩！愿你们去深圳一切顺利！待倔强的我在北京玩上一阵！

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链表是数据结构中比较基础也是比较重要的类型之一，那么有了数组，为什么我们还需要链表呢！或者说设计链表这种数据结构的初衷在哪里？

这是因为，在我们使用数组的时候，需要预先设定目标群体的个数，也即数组容量的大小，然而实时情况下我们目标的个数我们是不确定的，因此我们总是要把数组的容量设置的很大，这样以来就浪费了很多的空间。另外，数组在进行插入操作和删除操作的时候，在插入或者删除制定元素之后，我们往往需要进行循环移位，这增加了我们的线性开销。

正是由于以上的两种主要原因，链表被设计出来用于一般表的操作。为了避免上面描述数组的两种弊端，我们希望链表有一下的特点

1 可以灵活的扩展自己的长度。

2 存储地址不连续，删除或者插入操作的时候不需要循环移位。

要实现以上两个特点，我们需既要保证每个节点的独立性，又要保存相邻两个节点的联系。

为此，链表一般被设计为下面的形式。

Node--->Node---->Node

链表是由一个一个的节点组成的，可以方便和自由的插入未知个Node，前一个节点中用指针保存着下一个节点的位置，这样以来便顺利的完成了我们对链表的两点期望，但是唯一的缺点是增加了额外的空间消耗。

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链表的定义：

链表的定义一般使用结构体，在看《数据结构与算法分析》这本书的时候发现，书中频繁的使用typedef的关键字，结果真的很棒不仅保持的代码的整洁程度，也让我们在下面的编码过程中少见了很多烦人的指针（当然指针还是一直存在的）。所以这里也借用了书中的定义方法。

struct Node;
typedef struct Node* PtrNode;
typedef PtrNode Position;
typedef PtrNode List;
struct Node{
        int Value;
        PtrNode Next;
};

下面接着书写一个建立链表的函数，输入每个节点的值，直到这个值是-1的时候函数结束。

在这个里面，我以前一直搞不明白为什么需要定义三个Node *，现在终于了解了，最终还是复习了指针的内容明白的，这里说一下指针实现链表对指针的操作很频繁，需要比较扎实的掌握了指针之后，在来看链表会轻松很多。在下面的一段程序里，我分别定义了head/p/tmp这三个指向节点结构体的指针，head的主要作用就像一个传销头目，他会主动联系上一个下线p，然后他就什么也不干了，p接着去发展一个又一个的下线tmp，结果一串以head为首的链表就出来了。

起先，我总觉得有了head，为什么还要p，这是因为如果直接使用head去指向下一个节点，head的位置也是不断在移动的，即它永远处于链表的尾端，这样当我们返回链表的时候，其实是空值。所以，我们需要p这个中转环节。（其实，这种做法在指针中非常普遍，大部分有返回指针类型的函数中，都会首先定义一个指针变量来保存函数的传入的参数，而不是对参数直接进行操作）。

/*
        函数功能：创建一个链表
        函数描述：每次输入一个新的整数，即把新增加一个节点存放该整数，
        当输入的整数为-1时，函数结束。
*/
List create()
{
        int n=;
        Position p,head,tmp;
        head=NULL;
        tmp=malloc(sizeof(struct Node));
        if(tmp==NULL)
        {
                printf("tmp malloc failed!\n");
                return NULL;
        }
else
        {
                p=tmp;
                printf("please input the first node's message!\n");
                scanf("%d",&(tmp->Value));
        }
        while(tmp->Value!=-)
        {
                n+=;
                if(n==)
                {
                        head=p;
                        tmp->Next=NULL;
                }
                else
                {
                        p->Next=tmp;
                }
                p=tmp;
                tmp=malloc(sizeof(struct Node));
                printf("please input the %d node!\n",n+);
                scanf("%d",&(tmp->Value));
        }
        p->Next=NULL;
        free(tmp);  //free函数free掉的只是申请的空间，但是指针还是依然存在的。
        tmp=NULL;
        return head;

}

接下来，在写一个删除链表节点的函数，输入一个整数然后遍历链表节点，当链表节点的值与该整数相等的时候，即把该节点删除。

在完成这个函数首先一定要把这个过程思考清楚，不可否认我之前是一个上来就敲代码的人，看了《剑指offer》感觉这种习惯是程序员的大忌，甚至还想写一篇博客，名字都想好了《程序员的自我修养之思考在前，代码在后》。其实想想也是，我们写程序的目的是为了解决问题，而不是为了简单的写程序，纯粹的让程序跑起来大概只会在上学那会存在吧！真实的程序开发中需要考虑几乎所有 能想到的实际问题，所以无论程序再下，一要学会先思考清楚，再下笔写程序。

关于这个函数,我们要想到的是：

1 如果链表为空，我们该怎么做，当然是直接返回。

2 如果要删除的元素为头节点该怎么办？

3 如果要删除的元素为尾节点该怎么办？

当注意到以上三个部分，我们的程序就可能避免掉了输入链表为空，程序直接崩溃的现象，也可以避免删除元素值为头节点时删不掉的尴尬。我们的程序就有了一定的鲁棒性。

下面着重考虑链表的删除的实现：

list：      Node_a->Node_b->Node_c->Node_d;

list        tmp         p

------->              tmp->Next=p->Next;

list:       Node_a->Node_b----------->Node_d

free(p)

假设我们要删除的节点为上图的Node_c;假设我们能够找到Node_c的前一个位置tmp和被删除节点位置p的话;这个时候我们只需要执行tmp->Next=p->Next即可。

只要完成上面的分析以及考虑到各种情况，我们完成下面的代码就水到渠成了。

/*
函数功能：删除链表中指定值的节点（如果存在多个，只删除第一个）
本例中输入一个整数，删除链表节点值为这个整数的节点。
*/
List DeleteNode(List list)
{
        Position p,tmp;
        int value;
        if(list==NULL)
        {
                printf("The list is null,function return!\n");
                return NULL;
        }
        else
        {
                printf("please input the delete Node's value:\n");
                scanf("%d",&value);
        }
        p=list;
       if(p->Value==value)
        {
                list=p->Next;
                free(p);
                p=NULL;
                return list;
        }
        while(p!=NULL&&p->Value!=value)
        {
                tmp=p;
                p=p->Next;
        }
        if(p->Value==value)
        {
                if(p->Next!=NULL){
                        tmp->Next=p->Next;
                }
                else
                {
                        tmp->Next=NULL;
                }
                free(p);
                p=NULL;
        }
        return list;

}
        

关于链表的使用场景分析:

链表在程序开发中用到的频率还是非常高的，所以在高级语言中往往会对链表进行一些实现，比如STL中list以及Java中也有类似的东西。在目前的服务器端开发，主要运用链表来接收一些从数据中取出来的数据进行处理。

即使你不知道链表的底层实现，仍然可以成功的运用STL里面的现成的东西。但是作为一个学习者，我觉得会使用和从底层掌握仍然是两个不同的概念，linux之父说：“talk is less，show you code”。

以下的程序，用链表模拟了一个电话通讯录的功能，包括添加联系人，查找联系人，以及删除联系人。

PS：关于鲁棒性，程序中最大的危险是使用了gets这个函数，目前先保留使用gets，等待找到工作之后在做进一步的程序完善。

/**************************************************************************
Programe:
    This is a phone list write by list
    The programe is just prictise for list
Author: heat nan
Mail:964465194@qq.com
Data:2015/07/27
**************************************************************************/
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#define N 25
#define M 15
struct node;
typedef struct node* p_node;
typedef p_node List;
typedef p_node Position;
typedef struct node** PList;
struct node{
    char name[N];
    char number[M];
    Position next;
};
int JudgeNameExist(List list,char* name);
void AddPerson(PList list);
void PrintList(List list);
List FindPerson(List list);
List FindPersonByName(List list,char* name);
int AddPersonByName(PList list,List node);
int DeletePersonByName(PList list,char* name);
void DeletePerson(PList list);
int main()
{
    List list=NULL;
    Position p;
    char cmd[];
        while()
    {
        printf("                    MAIN                 \n");
        printf("       ******* 1 add a person        *******\n");
        printf("       ******* 2 show the phone list *******\n");
        printf("       ******* 3 find  from phone list *******\n");
        printf("       ******* 4 delete from phone list *******\n\n\n");
        printf("Please input the cmd number:\n");
        gets(cmd);
        switch(cmd[])
        {
            case '':
                AddPerson(&list);
                break;
            case '':
                PrintList(list);
                break;
            case '':
                FindPerson(list);
                break;
            case '':
                DeletePerson(&list);
                break;
            default:
                printf("wrong cmd!\n");
                break;

        }

    }
    return ;
}
/*
    Function:判断要添加的联系人名称是否已经存在于电话簿中.
    Input:   List 电话列表,name 要添加的联系人的姓名.
    Return:  已经存在返回1,不存在返回0.
*/
int JudgeNameExist(List list,char* name)
{
    if(FindPersonByName(list,name)!=NULL)
        return ;
    else
        return ;
}
/*
    Function:根据输入的姓名查找联系人的信息节点
    Input:   要输入的电话列表list,姓名name
    Return:  返回查找到的节点
*/
List FindPersonByName(List list,char* name)
{
    while(list!=NULL)
    {
        if(strcmp(list->name,name)==)
            break;
        list=list->next;
    }
    return list;
}
/*
    Function:根据姓名添加新的联系人到联系人列表
    Input:   指向联系人列表地址的指针， 新用户节点
    Return:  添加成功返回1，添加失败返回0
*/
int AddPersonByName(PList list,List node)
{
    if(node==NULL)
    {
        printf("the node is NULL!\n");
        return ;
    }
    if(*list==NULL)
    {
        *list=node;
        return ;
    }
    List pHead=*list;
    while(pHead->next!=NULL)
        pHead=pHead->next;
    pHead->next=node;
    return ;
}
void AddPerson(PList list)
{
    Position tmp;
    Position p_head;
    tmp=(struct node*)malloc(sizeof(struct node));
    char name[N];
    char number[M];
    if(tmp==NULL)
    {
        printf("malloc the tmp node failed in function add person!\n");
    }
    else
    {

        printf("please input the name:\n");
        gets(name);
        printf("please input the number:\n");
        gets(number);
        strcpy(tmp->name,name);
        strcpy(tmp->number,number);
        tmp->next=NULL;
    }
    if(JudgeNameExist(*list,name)==)
    {
        free(tmp);
        printf("the name have already exist!\n");
        return;
    }
    AddPersonByName(list,tmp);
}
/*
    Function: 打印联系人列表
    Input：   联系人列表

*/
void PrintList(List list)
{
    Position show;
    show=list;
    if(show==NULL)
    {
        return ;
    }
    printf("Now,we print the phone list:\n");
    while(show!=NULL)
    {
        printf("Name:%s  Number:%s\n",show->name,show->number);
        show=show->next;
    }

}
List FindPerson(List list)
{
    char name[N];
    Position pHead=list;
    printf("please input the name you will find:\n");
    gets(name);
        Position node=FindPersonByName(list,name);

    if(node!=NULL)
    printf("find success! name-> %s number-> %s\n",node->name,node->number);
    else
    printf("find failed!\n");
    return node;
}
/*
    Function:根据姓名删除联系人
    Input：  指向联系人地址的指针，联系人姓名
    Output： 删除成功返回1，失败返回0
*/
int DeletePersonByName(PList list,char* name)
{
    if(*list==NULL||name==NULL)
        return ;
    List pHead=*list;
    if(strcmp(pHead->name,name)==)
    {
        *list=pHead->next;
        free(pHead);
        pHead->next==NULL;
        return ;
    }
    List tmp=pHead->next;
    while(tmp!=NULL)
    {
        if(strcmp(tmp->name,name)==)
        {
            pHead->next=tmp->next;
            free(tmp);
            tmp->next=NULL;
            return ;
        }
        pHead=tmp;
        tmp=tmp->next;
    }
return ;

}
void DeletePerson(PList list)
{
    List pHead=*list;
    if(pHead==NULL)
    {
        printf("there is no person you can delet\n");
        return ;
    }
    char name[N];
    printf("please input the name:\n");
    gets(name);
    DeletePersonByName(list,name);
}