数据结构课程设计报告-C 语言整数单链表的表示和实现

数据结构课程设计报告

专业名称：计算机科学与技术
课程名称：数据结构
实训题目：整数单链表的表示和实现
实训环境：C 语言实现（ Dev C++ ）
实训内容：定义一个数据元素为整数类型的单链表并实现以下功能： ①  创建整数单链表，输入8个数据，并存储在单链表中； ② 遍历并输出单链表中所有数据元素； ③ 按序号查找，返回数据元素的值或地址； ④ 按值查找，返回数据元素的序号或地址； ⑤ 指定位置（序号）插入新的数据元素； ⑥ 删除指定位置（序号）数据元素。

实训小组	学号	姓名	分工	联系电话
小组组长	2xxxxxxx	QSZ	创建整数单链表，输入8个数据，并存储在单链表中；并最后输出整理等	备注：运行截图 自行添加
小组成员		QSZ	遍历并输出单链表中所有数据元素；	备注：运行截图 自行添加
		QSZ	按序号查找，返回数据元素的值或地址；
		QSZ	按值查找，返回数据元素的序号或地址；
		QSZ	指定位置（序号）插入新的数据元素；
		QSZ	删除指定位置（序号）数据元素。

1 整数单链表存储结构的表示

【注意】：定义数据结构体，并对每个域的功能给与解释说明

整数单链表存储结构的表示如下所示：

typedef struct node{

    int data;                 //存放元素值的域

    struct node *next;        //指向下一节点的指针域

}Node;

其中，`data`为存放整数元素值的域，`next`为指向下一节点的指针域。对于链表中每个节点，其`data`域存放该节点的整数元素值，`next`指向下一个节点。链表的头节点`head`为指向链表第一个节点的指针。null节点为链表的结束标志，即链表结构中最后一个节点的`next`指针域为NULL。

2 整数单链表基本操作的实现

【注意】：首先描述每个功能模块的算法步骤，其次给出C语言实现代码，最后给出运行截图。

2.1 输入数据，创建整数单链表

  算法步骤：

1. 定义一个结构体Node，包括数据元素data和指向下一个结点的指针next；
2. 定义一个函数create_list()，用于创建单链表，函数中定义一个头结点head和一个尾结点tail，初始化为NULL；
3. 逐个输入数据，创建新结点，将新结点插入到链表尾部；
4. 返回头结点head。

 

C语言实现代码：

  

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

typedef struct node{

    int data;

    struct node *next;

}Node;

 

Node *create_list(){

    Node *head, *tail, *pnew;

    head = tail = NULL;

    int i, num;

    for(i=0; i<8; i++){

        printf("请输入第%d个数：", i+1);

        scanf("%d", &num);

        pnew = (Node*)malloc(sizeof(Node)); //为新结点动态申请内存

        if(pnew == NULL){ //内存分配失败

            printf("内存分配失败!");

            exit(1);

        }

        pnew->data = num;

        pnew->next = NULL;

        if(head == NULL){ //链表为空

            head = tail = pnew; //头尾结点都指向新结点

        }

        else{

            tail->next = pnew; //尾结点指向新结点

            tail = pnew; //尾结点更新为新结点

        }

    }

    return head; //返回头结点

}

 

int main(){

  Node *head = create_list();

  return 0;

}

运行截图：

2.2 遍历和输出单链表所有数据元素

2.2.1 非递归遍历和输出

算法步骤：

1. 定义一个指针p指向链表的头结点；
2. 使用while循环遍历链表，当p不为NULL时，输出当前节点的数据元素，然后将p指向下一个节点；
3. 输出完毕后，换行。

C语言实现代码：

void print_list(Node *list){

    Node *p;

    p = list;

    while(p != NULL){

        printf("%d ", p->data);

        p = p->next;

    }

    printf("\n");

}

运行截图：

2.2.2 递归遍历和输出

算法步骤：

1. 定义递归函数print_list递归遍历输出单链表中所有数据元素。
2. 递归终止条件为链表为空。
3. 递归输出当前节点的值，并且传入下一节点进行递归。

C语言实现代码：

void print_list(Node *list){

    if(list == NULL)

        return;

    printf("%d ", list->data);

    print_list(list->next);

    printf("\n");

}

运行截图：

2.3 按序号查找，返回数据元素的值或地址

算法步骤：

1. 定义一个指向链表开头的指针p，并将其初始化为链表的头节点。
2. 从头节点开始循环遍历链表，如果当前位置的节点不为空且当前位置的位置小于目标位置index，则将指针p指向下一个节点，同时增加i的值。
3. 如果i的值等于目标位置index，则返回节点p的地址。
4. 如果循环结束仍未找到目标节点，则说明该序号不存在，返回空指针。

C语言实现代码：

Node *search_by_index(Node *list, int index){

    Node *p;

    p = list;

    int i = 0;

    while(p != NULL && i < index){

        p = p->next;

        i++;

    }

    return p;

}

运行截图：

2.4 按值查找，返回数据元素的序号或地址

1. 从头节点开始遍历单链表，找到第一个data域等于给定值的节点。
2. 返回该节点的地址或序号（从1开始计数）。

C语言实现代码：

Node *search_by_value(Node *list, int value){

    Node *p;

    p = list;

    int i = 1;

    while(p != NULL){

        if(p->data == value)

            return p;

        p = p->next;

        i++;

    }

    return NULL;

}

运行截图：

2.5 指定位置（序号）插入新的数据元素

算法步骤：

1. 创建一个新结点，存储要插入的数据元素。
2. 查找要插入位置的前驱结点。
3. 将新结点的next指针指向前驱结点的next指针所指向的结点。
4. 将前驱结点的next指针指向新结点。

C语言代码实现：

void insert_by_index(Node *list, int index, int value){

    Node *pnew, *p;

    pnew = (Node*)malloc(sizeof(Node));

    if(pnew == NULL){

        printf("内存分配失败!");

        exit(1);

    }

    p = search_by_index(list, index);

    if(p == NULL){

        printf("位置错误!");

        exit(1);

    }

    pnew->data = value;

    pnew->next = p->next;

    p->next = pnew;

}

运行截图：

2.6 删除指定位置（序号）数据元素

算法步骤：

1. 找到待删除节点p和其前驱节点pre。
2. 将pre的next指针指向p的next。
3. 释放p节点。

C语言实现代码：

void delete_by_index(Node *list, int index){

    Node *p, *pre;

    p = search_by_index(list, index);

    if(p == NULL){

        printf("位置错误!");

        exit(1);

    }

    pre = search_by_index(list, index-1);

    pre->next = p->next;

    free(p);

}

运行截图：

3 拓展思考

如果您操作的是双向链表，针对以下功能请描述您的解决思路。

3.1 双向链表中指定位置插入元素如何实现？

1. 如果链表为空，直接将要插入的元素作为头结点；
2. 如果要插入的位置是头结点之前，直接将要插入的元素作为新的头结点，将原头结点的前继指针指向新的头结点；
3. 如果要插入的位置是尾结点之后，直接将要插入的元素作为新的尾结点，将原尾结点的后继指针指向新的尾结点；
4. 如果要插入的位置是在链表中部，则需要先找到该位置的前一个节点，然后将要插入的元素的后继指针指向该位置节点，将要插入的元素的前继指针指向该位置前一个节点，将该位置节点的前继指针指向要插入的元素，将该位置前一个节点的后继指针指向要插入的元素。

通过以上步骤即可在双向链表中指定位置插入元素。

3.2 双向链表中删除某个元素如何实现？

1. 如果链表为空，则直接返回空链表；
2. 如果要删除的是头结点，则将头指针指向头结点的下一个节点，并将新的头结点的前继指针设置为空；
3. 如果要删除的是尾结点，则将尾指针指向尾结点的前一个节点，并将新的尾结点的后继指针设置为空；
4. 如果要删除的节点在链表中部，则需要先找到要删除的节点，将要删除节点前一个节点的后继指针指向要删除节点的后继节点，将要删除节点后一个节点的前继指针指向要删除节点的前继节点。

通过以上步骤即可在双向链表中删除某个元素。需要注意的是，在删除节点后需要释放该节点的内存空间，以避免内存泄漏。（报告结束了）

以下是部分代码-从头开始：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct node{//定义结构体Node
    int data;
    struct node *next;
}Node;

//函数1：创建整数单链表，输入8个数据，并存储在单链表中
Node *create_list(){
    Node *head, *tail, *pnew;//头结点、尾节点、新节点
    head = tail = NULL;//初始时头结点和尾节点为NULL
    int i, num;
    for(i=0; i<8; i++){//循环8次，输入8个数据
        printf("请输入第%d个数：", i+1);
        scanf("%d", &num);
        pnew = (Node*)malloc(sizeof(Node));//新建一个节点
        if(pnew == NULL){//如果内存分配失败
            printf("内存分配失败!");
            exit(1);//结束程序
        }
        pnew->data = num;
        pnew->next = NULL;
        if(head == NULL){
            head = tail = pnew;//如果链表为空，则头节点为pnew，尾节点也为pnew
        }
        else{
            tail->next = pnew;//如果链表不为空，则在尾节点后添加pnew节点
            tail = pnew;//更新尾节点
        }
    }
    return head;//返回头结点
}

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