单链表(Singly Linked List)的完整实现与详解~

星隐
  2025-10-24 17:53:24 2025-10-24 17:53:24 创建   2026-01-19 01:58:27 2026-01-19 01:58:27 更新      3.4k 字  16 分钟  

一、概述

本文将详细解析一个完整的单链表实现程序，该程序包含了单链表的所有基本操作和一些高级操作。代码结构清晰，功能完善，适合数据结构学习和实践。

二、基础定义模块

2.1 宏定义与类型定义

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#define MAXSIZE 100 // 最大容量
#define ERROR 0
#define OK 1
#define OVERFLOW (-1)
#include <iostream>
#include <cstdlib>
using namespace std;
typedef int Status;

功能说明：

  • 定义了程序中使用的常量和状态码
  • Status 类型用于表示操作是否成功

2.2 链表节点结构

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typedef struct LNode
{
    int data;           // 数据域
    struct LNode *next; // 指针域
} LNode, *LinkList;

结构说明：

  • data：存储节点数据
  • next：指向下一个节点的指针
  • LNode：节点类型
  • LinkList：链表指针类型（指向头节点）

三、基础操作模块

3.1 初始化链表

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Status InitList(LinkList &L)
{
    L = new LNode;      // 创建头节点
    if (!L)
        return OVERFLOW;
    L->next = NULL;     // 头节点指针域置空
    return OK;
}

功能： 创建一个带头节点的空链表
时间复杂度： O(1)

3.2 创建链表（尾插法）

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void CreateList_Tail(LinkList &L, int n)
{
    if (L->next != NULL)
    {
        cout << "链表已存在，请先清空或销毁链表！" << endl;
        return;
    }
    
    LinkList r = L;  // r指向尾节点
    cout << "请依次输入" << n << "个数据：" << endl;
    for (int i = 1; i <= n; i++)
    {
        LinkList p = new LNode;
        cout << "第" << i << "个数据: ";
        cin >> p->data;
        p->next = NULL;
        r->next = p;     // 插入到尾部
        r = p;           // r指向新的尾节点
    }
    cout << "链表创建成功！" << endl;
}

功能： 使用尾插法创建包含n个节点的链表
优点： 保持输入顺序
时间复杂度： O(n)

3.3 获取链表长度

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int ListLength(LinkList L)
{
    int length = 0;
    LinkList p = L->next;  // 从第一个数据节点开始
    while (p != NULL)
    {
        length++;
        p = p->next;
    }
    return length;
}

功能： 遍历链表统计节点个数
时间复杂度： O(n)

四、查找操作模块

4.1 按位置获取元素

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Status GetElem(LinkList L, int i, int &e)
{
    LinkList p = L->next;
    int j = 1;
    while (p && j < i)  // 查找第i个节点
    {
        p = p->next;
        j++;
    }
    if (!p || j > i)    // 位置不合法
        return ERROR;
    e = p->data;        // 获取数据
    return OK;
}

功能： 获取第i个位置的元素值
参数： i为位置（从1开始），e用于返回元素值
时间复杂度： O(n)

4.2 按值查找位置

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int LocateElem(LinkList L, int e)
{
    LinkList p = L->next;
    int position = 1;
    while (p != NULL)
    {
        if (p->data == e)
            return position;
        p = p->next;
        position++;
    }
    return 0;  // 未找到返回0
}

功能： 查找值为e的元素在链表中的位置
返回值： 找到返回位置，未找到返回0
时间复杂度： O(n)

五、修改操作模块

5.1 插入元素

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Status ListInsert(LinkList &L, int i, int e)
{
    LinkList p = L;
    int j = 0;
    while (p && j < i - 1)  // 找到第i-1个节点
    {
        p = p->next;
        j++;
    }
    if (!p || j > i - 1)
        return ERROR;
    
    LinkList s = new LNode;  // 创建新节点
    s->data = e;
    s->next = p->next;       // 新节点指向后继
    p->next = s;             // 前驱指向新节点
    return OK;
}

功能： 在第i个位置插入元素e
步骤：

  1. 找到第i-1个节点
  2. 创建新节点
  3. 修改指针完成插入

时间复杂度： O(n)

5.2 删除元素

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Status ListDelete(LinkList &L, int i, int &e)
{
    LinkList p = L;
    int j = 0;
    while (p->next && j < i - 1)  // 找到第i-1个节点
    {
        p = p->next;
        j++;
    }
    if (!(p->next) || j > i - 1)
        return ERROR;
    
    LinkList q = p->next;    // q指向待删除节点
    e = q->data;             // 保存数据
    p->next = q->next;       // 修改指针
    delete q;                // 释放内存
    return OK;
}

功能： 删除第i个位置的元素，并返回其值
时间复杂度： O(n)

5.3 清空链表

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void ClearList(LinkList &L)
{
    LinkList p, q;
    p = L->next;
    while (p != NULL)
    {
        q = p;
        p = p->next;
        delete q;  // 释放节点
    }
    L->next = NULL;  // 头节点指针置空
}

功能： 删除所有数据节点，保留头节点
时间复杂度： O(n)

5.4 判断链表是否为空

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bool ListEmpty(LinkList L)
{
    return L->next == NULL;
}

功能： 判断链表是否为空
时间复杂度： O(1)

六、高级操作模块

6.1 链表排序（选择排序）

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void Sort(LinkList &L)
{
    LinkList p, q, min;
    for (p = L->next; p != NULL; p = p->next)
    {
        min = p;  // 假设当前节点最小
        for (q = p->next; q != NULL; q = q->next)
        {
            if (q->data < min->data)
            {
                min = q;  // 更新最小节点
            }
        }
        if (min != p)  // 交换数据
        {
            int temp = p->data;
            p->data = min->data;
            min->data = temp;
        }
    }
}

功能： 使用选择排序算法对链表升序排序
时间复杂度： O(n²)
空间复杂度： O(1)

6.2 链表逆置

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void ReverseList(LinkList &L)
{
    if (L->next == NULL || L->next->next == NULL)
        return;  // 空表或单节点无需逆置
    
    LinkList pre = NULL;
    LinkList cur = L->next;
    LinkList next = NULL;
    
    while (cur != NULL)
    {
        next = cur->next;  // 保存后继
        cur->next = pre;   // 反转指针
        pre = cur;         // pre前移
        cur = next;        // cur前移
    }
    L->next = pre;  // 头节点指向新的第一个节点
}

功能： 将链表节点顺序反转
方法： 三指针法
时间复杂度： O(n)
空间复杂度： O(1)

6.3 打印链表

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void PrintList(LinkList L)
{
    if (L->next == NULL)
    {
        cout << "链表为空！" << endl;
        return;
    }
    LinkList p = L->next;
    cout << "链表内容: ";
    while (p != NULL)
    {
        cout << p->data << " ";
        p = p->next;
    }
    cout << endl;
}

功能： 遍历并打印链表所有元素
时间复杂度： O(n)

七、用户交互模块

7.1 菜单显示

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void ShowMenu()
{
    cout << "\n========== 单链表操作菜单 ==========" << endl;
    cout << "1. 创建链表" << endl;
    cout << "2. 插入元素" << endl;
    cout << "3. 删除元素" << endl;
    // ... 其他菜单项
    cout << "0. 退出程序" << endl;
    cout << "====================================" << endl;
}

7.2 主函数

主函数实现了一个交互式菜单系统，通过switch语句处理用户的各种操作请求：

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int main()
{
    LinkList Head;
    InitList(Head);  // 初始化链表
    
    int choice, n, position, elem;
    Status result;
    ShowMenu();
    
    while (true)
    {
        cout << "请选择操作: ";
        cin >> choice;
        switch (choice)
        {
            case 1: // 创建链表
            case 2: // 插入元素
            // ... 处理各种操作
            case 0: // 退出程序
                ClearList(Head);
                delete Head;
                return 0;
        }
    }
}

八、总结

8.1 程序特点

  1. 结构完整：包含单链表的所有基本操作
  2. 用户友好：提供交互式菜单界面
  3. 错误处理：对非法操作进行检查和提示
  4. 内存管理：正确处理动态内存的分配和释放

8.2 时间复杂度总结

操作 时间复杂度
初始化 O(1)
插入/删除 O(n)
查找 O(n)
获取长度 O(n)
排序 O(n²)
逆置 O(n)

完整代码，可直接编译运行体验各项功能！

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#define MAXSIZE 100 // 最大容量
#define ERROR 0
#define OK 1
#define OVERFLOW (-1)
#include <iostream>
#include <cstdlib>
using namespace std;
typedef int Status;

typedef struct LNode
{
    int data;
    struct LNode *next;
} LNode, *LinkList;

// 初始化单链表
Status InitList(LinkList &L)
{
    L = new LNode;
    if (!L)
        return OVERFLOW;
    L->next = NULL;
    return OK;
}

// 创建单链表（尾插法）
void CreateList_Tail(LinkList &L, int n)
{
    if (L->next != NULL)
    {
        cout << "链表已存在，请先清空或销毁链表！" << endl;
        return;
    }
    
    LinkList r = L;
    cout << "请依次输入" << n << "个数据：" << endl;
    for (int i = 1; i <= n; i++)
    {
        LinkList p = new LNode;
        cout << "第" << i << "个数据: ";
        cin >> p->data;
        p->next = NULL;
        r->next = p;
        r = p;
    }
    cout << "链表创建成功！" << endl;
}

// 获取链表长度
int ListLength(LinkList L)
{
    int length = 0;
    LinkList p = L->next;
    while (p != NULL)
    {
        length++;
        p = p->next;
    }
    return length;
}

// 按位置获取元素
Status GetElem(LinkList L, int i, int &e)
{
    LinkList p = L->next;
    int j = 1;
    while (p && j < i)
    {
        p = p->next;
        j++;
    }
    if (!p || j > i)
        return ERROR;
    e = p->data;
    return OK;
}

// 按值查找位置
int LocateElem(LinkList L, int e)
{
    LinkList p = L->next;
    int position = 1;
    while (p != NULL)
    {
        if (p->data == e)
            return position;
        p = p->next;
        position++;
    }
    return 0; // 未找到返回0
}

// 在指定位置插入元素
Status ListInsert(LinkList &L, int i, int e)
{
    LinkList p = L;
    int j = 0;
    while (p && j < i - 1)
    {
        p = p->next;
        j++;
    }
    if (!p || j > i - 1)
        return ERROR;
    LinkList s = new LNode;
    s->data = e;
    s->next = p->next;
    p->next = s;
    return OK;
}

// 删除指定位置元素
Status ListDelete(LinkList &L, int i, int &e)
{
    LinkList p = L;
    int j = 0;
    while (p->next && j < i - 1)
    {
        p = p->next;
        j++;
    }
    if (!(p->next) || j > i - 1)
        return ERROR;
    LinkList q = p->next;
    e = q->data;
    p->next = q->next;
    delete q;
    return OK;
}

// 清空链表
void ClearList(LinkList &L)
{
    LinkList p, q;
    p = L->next;
    while (p != NULL)
    {
        q = p;
        p = p->next;
        delete q;
    }
    L->next = NULL;
}

// 判断链表是否为空
bool ListEmpty(LinkList L)
{
    return L->next == NULL;
}

// 单链表的简单选择排序
void Sort(LinkList &L)
{
    LinkList p, q, min;
    for (p = L->next; p != NULL; p = p->next)
    {
        min = p;
        for (q = p->next; q != NULL; q = q->next)
        {
            if (q->data < min->data)
            {
                min = q;
            }
        }
        if (min != p)
        {
            int temp = p->data;
            p->data = min->data;
            min->data = temp;
        }
    }
}

// 链表逆置
void ReverseList(LinkList &L)
{
    if (L->next == NULL || L->next->next == NULL)
        return;
    
    LinkList pre = NULL;
    LinkList cur = L->next;
    LinkList next = NULL;
    
    while (cur != NULL)
    {
        next = cur->next;
        cur->next = pre;
        pre = cur;
        cur = next;
    }
    L->next = pre;
}

// 打印链表
void PrintList(LinkList L)
{
    if (L->next == NULL)
    {
        cout << "链表为空！" << endl;
        return;
    }
    LinkList p = L->next;
    cout << "链表内容: ";
    while (p != NULL)
    {
        cout << p->data << " ";
        p = p->next;
    }
    cout << endl;
}

// 显示菜单
void ShowMenu()
{
    cout << "\n========== 单链表操作菜单 ==========" << endl;
    cout << "1. 创建链表" << endl;
    cout << "2. 插入元素" << endl;
    cout << "3. 删除元素" << endl;
    cout << "4. 查找元素（按值）" << endl;
    cout << "5. 获取元素（按位置）" << endl;
    cout << "6. 获取链表长度" << endl;
    cout << "7. 打印链表" << endl;
    cout << "8. 排序链表" << endl;
    cout << "9. 逆置链表" << endl;
    cout << "10. 清空链表" << endl;
    cout << "11. 判断链表是否为空" << endl;
    cout << "0. 退出程序" << endl;
    cout << "====================================" << endl;

}

int main()
{
    LinkList Head;
    InitList(Head);
    
    int choice, n, position, elem;
    Status result;
    ShowMenu(); //显示菜单

    while (true)
    {
        cout << "请选择操作: ";
        cin >> choice;
        switch (choice)
        {
        case 1: // 创建链表
            cout << "请输入要创建的链表长度: ";
            cin >> n;
            if (n <= 0)
            {
                cout << "长度必须大于0！" << endl;
                break;
            }
            CreateList_Tail(Head, n);
            break;
            
        case 2: // 插入元素
            cout << "请输入插入位置: ";
            cin >> position;
            cout << "请输入插入的元素值: ";
            cin >> elem;
            result = ListInsert(Head, position, elem);
            if (result == OK)
                cout << "插入成功！" << endl;
            else
                cout << "插入失败！位置不合法。" << endl;
            break;
            
        case 3: // 删除元素
            cout << "请输入要删除的位置: ";
            cin >> position;
            result = ListDelete(Head, position, elem);
            if (result == OK)
                cout << "删除成功！删除的元素为: " << elem << endl;
            else
                cout << "删除失败！位置不合法。" << endl;
            break;
            
        case 4: // 查找元素
            cout << "请输入要查找的元素值: ";
            cin >> elem;
            position = LocateElem(Head, elem);
            if (position != 0)
                cout << "元素 " << elem << " 在第 " << position << " 个位置" << endl;
            else
                cout << "未找到元素 " << elem << endl;
            break;
            
        case 5: // 获取元素
            cout << "请输入要获取的位置: ";
            cin >> position;
            result = GetElem(Head, position, elem);
            if (result == OK)
                cout << "第 " << position << " 个位置的元素为: " << elem << endl;
            else
                cout << "获取失败！位置不合法。" << endl;
            break;
            
        case 6: // 获取长度
            cout << "链表长度为: " << ListLength(Head) << endl;
            break;
            
        case 7: // 打印链表
            PrintList(Head);
            break;
            
        case 8: // 排序
            if (ListEmpty(Head))
            {
                cout << "链表为空，无法排序！" << endl;
            }
            else
            {
                Sort(Head);
                cout << "排序完成！" << endl;
                PrintList(Head);
            }
            break;
            
        case 9: // 逆置
            if (ListEmpty(Head))
            {
                cout << "链表为空，无法逆置！" << endl;
            }
            else
            {
                ReverseList(Head);
                cout << "逆置完成！" << endl;
                PrintList(Head);
            }
            break;
            
        case 10: // 清空链表
            ClearList(Head);
            cout << "链表已清空！" << endl;
            break;
            
        case 11: // 判断是否为空
            if (ListEmpty(Head))
                cout << "链表为空" << endl;
            else
                cout << "链表不为空，长度为: " << ListLength(Head) << endl;
            break;
            
        case 0: // 退出
            ClearList(Head);
            delete Head;
            cout << "程序已退出，感谢使用！" << endl;
            return 0;
            
        default:
            cout << "无效的选择，请重新输入！" << endl;
            break;
        }
    }
    
    return 0;
}
  • 标题: 单链表(Singly Linked List)的完整实现与详解~
  • 作者: 星隐
  • 创建于 : 2025-10-24 17:53:24
  • 更新于 : 2026-01-19 01:58:27
  • 链接: https://www.starin.top/post/b4e48abf0629/
  • 版权声明: 本文章采用 CC BY-NC-SA 4.0 进行许可。
目录
单链表(Singly Linked List)的完整实现与详解~
  1. 一、概述
  2. 二、基础定义模块
    1. 2.1 宏定义与类型定义
    2. 2.2 链表节点结构
  3. 三、基础操作模块
    1. 3.1 初始化链表
    2. 3.2 创建链表（尾插法）
    3. 3.3 获取链表长度
  4. 四、查找操作模块
    1. 4.1 按位置获取元素
    2. 4.2 按值查找位置
  5. 五、修改操作模块
    1. 5.1 插入元素
    2. 5.2 删除元素
    3. 5.3 清空链表
    4. 5.4 判断链表是否为空
  6. 六、高级操作模块
    1. 6.1 链表排序（选择排序）
    2. 6.2 链表逆置
    3. 6.3 打印链表
  7. 七、用户交互模块
    1. 7.1 菜单显示
    2. 7.2 主函数
  8. 八、总结
    1. 8.1 程序特点
    2. 8.2 时间复杂度总结