作者：解学武

链表又称单链表、链式存储结构，用于存储逻辑关系为“一对一”的数据。

和顺序表不同，使用链表存储数据，不强制要求数据在内存中集中存储，各个元素可以分散存储在内存中。例如，使用链表存储 {1,2,3}，各个元素在内存中的存储状态可能是：


可以看到，数据不仅没有集中存放，在内存中的存储次序也是混乱的。那么，链表是如何存储数据间逻辑关系的呢？

链表存储数据间逻辑关系的实现方案是：为每一个元素配置一个指针，每个元素的指针都指向自己的直接后继元素，如下图所示：


显然，我们只需要记住元素 1 的存储位置，通过它的指针就可以找到元素 2，通过元素 2 的指针就可以找到元素 3，以此类推，各个元素的先后次序一目了然。

像图 2 这样，数据元素随机存储在内存中，通过指针维系数据之间“一对一”的逻辑关系，这样的存储结构就是链表。

结点（节点）

很多教材中，也将“结点”写成“节点”，它们是一个意思。

在链表中，每个数据元素都配有一个指针，这意味着，链表上的每个“元素”都长下图这个样子：


数据域用来存储元素的值，指针域用来存放指针。数据结构中，通常将图 3 这样的整体称为结点。

也就是说，链表中实际存放的是一个一个的结点，数据元素存放在各个结点的数据域中。举个简单的例子，图 2 中 {1,2,3} 的存储状态用链表表示，如下图所示：


在 C 语言中，可以用结构体表示链表中的结点，例如：

typedef struct link{
    char elem; //代表数据域
    struct link * next; //代表指针域，指向直接后继元素
}Link;

我们习惯将结点中的指针命名为 next，因此指针域又常称为“Next 域”。 

头结点、头指针和首元结点

图 4 所示的链表并不完整，一个完整的链表应该由以下几部分构成：

1. 头指针：一个和结点类型相同的指针，它的特点是：永远指向链表中的第一个结点。上文提到过，我们需要记录链表中第一个元素的存储位置，就是用头指针实现。
2. 结点：链表中的节点又细分为头结点、首元结点和其它结点：
   • 头结点：某些场景中，为了方便解决问题，会故意在链表的开头放置一个空结点，这样的结点就称为头结点。也就是说，头结点是位于链表开头、数据域为空（不利用）的结点。
   • 首元结点：指的是链表开头第一个存有数据的结点。
   • 其他节点：链表中其他的节点。

也就是说，一个完整的链表是由头指针和诸多个结点构成的。每个链表都必须有头指针，但头结点不是必须的。

例如，创建一个包含头结点的链表存储 {1,2,3}，如下图所示：


再次强调，头指针永远指向链表中的第一个结点。换句话说，如果链表中包含头结点，那么头指针指向的是头结点，反之头指针指向首元结点。

链表的创建

创建一个链表，实现步骤如下：

1. 定义一个头指针；
2. 创建一个头结点或者首元结点，让头指针指向它；
3. 每创建一个结点，都令其直接前驱结点的指针指向它。

例如，创建一个存储 {1,2,3,4} 且无头节点的链表，C 语言实现代码为：

Link* initLink() {
    int i;
    //1、创建头指针
    Link* p = NULL;
    //2、创建首元结点
    Link* temp = (Link*)malloc(sizeof(Link));
    temp->elem = 1;
    temp->next = NULL;
    //头指针指向首元结点
    p = temp;
    //3、每创建一个结点，都令其直接前驱结点的指针指向它
    for (i = 2; i < 5; i++) {
        //创建一个结点
        Link* a = (Link*)malloc(sizeof(Link));
        a->elem = i;
        a->next = NULL;
        //每次 temp 指向的结点就是 a 的直接前驱结点
        temp->next = a;
        //temp指向下一个结点（也就是a),为下次添加结点做准备
        temp = temp->next;
    }
    return p;
}

再比如，创建一个存储 {1,2,3,4} 且含头节点的链表，则 C 语言实现代码为：

Link* initLink() {
    int i;
    //1、创建头指针
    Link* p = NULL;
    //2、创建头结点
    Link* temp = (Link*)malloc(sizeof(Link));
    temp->elem = 0;
    temp->next = NULL;
    //头指针指向头结点
    p = temp;
    //3、每创建一个结点，都令其直接前驱结点的指针指向它
    for (i = 1; i < 5; i++) {
        //创建一个结点
        Link* a = (Link*)malloc(sizeof(Link));
        a->elem = i;
        a->next = NULL;
        //每次 temp 指向的结点就是 a 的直接前驱结点
        temp->next = a;
        //temp指向下一个结点（也就是a),为下次添加结点做准备
        temp = temp->next;
    }
    return p;
}

链表的使用

对于创建好的链表，我们可以依次获取链表中存储的数据，例如：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
//链表中节点的结构
typedef struct link {
    int  elem;
    struct link* next;
}Link;
Link* initLink() {
    int i;
    //1、创建头指针
    Link* p = NULL;
    //2、创建头结点
    Link* temp = (Link*)malloc(sizeof(Link));
    temp->elem = 0;
    temp->next = NULL;
    //头指针指向头结点
    p = temp;
    //3、每创建一个结点，都令其直接前驱结点的指针指向它
    for (i = 1; i < 5; i++) {
        //创建一个结点
        Link* a = (Link*)malloc(sizeof(Link));
        a->elem = i;
        a->next = NULL;
        //每次 temp 指向的结点就是 a 的直接前驱结点
        temp->next = a;
        //temp指向下一个结点（也就是a),为下次添加结点做准备
        temp = temp->next;
    }
    return p;
}
void display(Link* p) {
    Link* temp = p;//temp指针用来遍历链表
    //只要temp指向结点的next值不是NULL，就执行输出语句。
    while (temp) {
        Link* f = temp;//准备释放链表中的结点
        printf("%d ", temp->elem);
        temp = temp->next;
        free(f);
    }
    printf("\n");
}
int main() {
    Link* p = NULL;
    printf("初始化链表为：\n");
    //创建链表{1,2,3,4}
    p = initLink();
    //输出链表中的数据
    display(p);
    return 0;
}

程序中创建的是带头结点的链表，头结点的数据域存储的是元素 0，因此最终的输出结果为：

0 1 2 3 4

如果不想输出头结点的值，可以将 p->next 作为实参传递给 display() 函数。

如果程序中创建的是不带头结点的链表，最终的输出结果应该是：

1 2 3 4

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