《連結串列及建立》一節我們學習瞭如何使用連結串列儲存資料元素，以及如何使用 C 語言建立連結串列。本節將詳細介紹對連結串列的一些基本操作，包括對連結串列中資料的新增、刪除、查詢（遍歷）和更改。

注意，以下對連結串列的操作實現均建立在已建立好連結串列的基礎上，建立連結串列的程式碼如下所示：

//宣告節點結構
typedef struct Link{
    int  elem;//儲存整形元素
    struct Link *next;//指向直接後繼元素的指標
}link;
//建立連結串列的函式
link * initLink(){
    link * p=(link*)malloc(sizeof(link));//建立一個頭結點
    link * temp=p;//宣告一個指標指向頭結點，用於遍歷連結串列
    //生成連結串列
    for (int i=1; i<5; i++) {
     //建立節點並初始化
        link *a=(link*)malloc(sizeof(link));
        a->elem=i;
        a->next=NULL;
        //建立新節點與直接前驅節點的邏輯關係
        temp->next=a;
        temp=temp->next;
    }
    return p;
}

從實現程式碼中可以看到，該連結串列是一個具有頭節點的連結串列。由於頭節點本身不用於儲存資料，因此在實現對連結串列中資料的"增刪查改"時要引起注意。

連結串列插入元素

同順序表一樣，向連結串列中增添元素，根據新增位置不同，可分為以下 3 種情況：

• 插入到連結串列的頭部（頭節點之後），作為首元節點；
• 插入到連結串列中間的某個位置；
• 插入到連結串列的最末端，作為連結串列中最後一個數據元素；

雖然新元素的插入位置不固定，但是連結串列插入元素的思想是固定的，只需做以下兩步操作，即可將新元素插入到指定的位置：

1. 將新結點的 next 指標指向插入位置後的結點；
2. 將插入位置前結點的 next 指標指向插入結點；

例如，我們在連結串列 {1,2,3,4} 的基礎上分別實現在頭部、中間部位、尾部插入新元素 5，其實現過程如圖 1 所示：


圖 1 連結串列中插入元素的 3 種情況示意圖
從圖中可以看出，雖然新元素的插入位置不同，但實現插入操作的方法是一致的，都是先執行步驟 1 ，再執行步驟 2。

注意：連結串列插入元素的操作必須是先步驟 1，再步驟 2；反之，若先執行步驟 2，會導致插入位置後續的部分連結串列丟失，無法再實現步驟 1。

通過以上的講解，我們可以嘗試編寫 C 語言程式碼來實現連結串列插入元素的操作：

//p為原連結串列，elem表示新資料元素，add表示新元素要插入的位置
link * insertElem(link * p,int elem,int add){
    link * temp=p;//建立臨時結點temp
    //首先找到要插入位置的上一個結點
    for (int i=1; i<add; i++) {
        if (temp==NULL) {
            printf("插入位置無效\n");
            return p;
        }
        temp=temp->next;
    }   
    //建立插入結點c
    link * c=(link*)malloc(sizeof(link));
    c->elem=elem;
    //向連結串列中插入結點
    c->next=temp->next;
    temp->next=c;
    return  p;
}

提示，insertElem 函式中加入一個 if 語句，用於判斷使用者輸入的插入位置是否有效。例如，在已儲存 {1,2,3} 的連結串列中，使用者要求在連結串列中第 100 個數據元素所在的位置插入新元素，顯然使用者操作無效，此時就會觸發 if 語句。

連結串列刪除元素

從連結串列中刪除指定資料元素時，實則就是將存有該資料元素的節點從連結串列中摘除，但作為一名合格的程式設計師，要對儲存空間負責，對不再利用的儲存空間要及時釋放。因此，從連結串列中刪除資料元素需要進行以下 2 步操作：

1. 將結點從連結串列中摘下來;
2. 手動釋放掉結點，回收被結點佔用的儲存空間;

其中，從連結串列上摘除某節點的實現非常簡單，只需找到該節點的直接前驅節點 temp，執行一行程式：

temp->next=temp->next->next;

例如，從存有 {1,2,3,4} 的連結串列中刪除元素 3，則此程式碼的執行效果如圖 2 所示：


圖 2 連結串列刪除元素示意圖
因此，連結串列刪除元素的 C 語言實現如下所示：

//p為原連結串列，add為要刪除元素的值
link * delElem(link * p,int add){
    link * temp=p;
    //temp指向被刪除結點的上一個結點
    for (int i=1; i<add; i++) {
        temp=temp->next;
    }
    link * del=temp->next;//單獨設定一個指標指向被刪除結點，以防丟失
    temp->next=temp->next->next;//刪除某個結點的方法就是更改前一個結點的指標域
    free(del);//手動釋放該結點，防止記憶體洩漏
    return p;
}

我們可以看到，從連結串列上摘下的節點 del 最終通過 free 函式進行了手動釋放。

連結串列查詢元素

在連結串列中查詢指定資料元素，最常用的方法是：從表頭依次遍歷表中節點，用被查詢元素與各節點資料域中儲存的資料元素進行比對，直至比對成功或遍歷至連結串列最末端的 NULL（比對失敗的標誌）。

因此，連結串列中查詢特定資料元素的 C 語言實現程式碼為：

//p為原連結串列，elem表示被查詢元素、
int selectElem(link * p,int elem){
//新建一個指標t，初始化為頭指標 p
    link * t=p;
    int i=1;
    //由於頭節點的存在，因此while中的判斷為t->next
    while (t->next) {
        t=t->next;
        if (t->elem==elem) {
            return i;
        }
        i++;
    }
    //程式執行至此處，表示查詢失敗
    return -1;
}

注意，遍歷有頭節點的連結串列時，需避免頭節點對測試資料的影響，因此在遍歷連結串列時，建立使用上面程式碼中的遍歷方法，直接越過頭節點對連結串列進行有效遍歷。

連結串列更新元素

更新連結串列中的元素，只需通過遍歷找到儲存此元素的節點，對節點中的資料域做更改操作即可。

直接給出連結串列中更新資料元素的 C 語言實現程式碼：

//更新函式，其中，add 表示更改結點在連結串列中的位置，newElem 為新的資料域的值
link *amendElem(link * p,int add,int newElem){
    link * temp=p;
    temp=temp->next;//在遍歷之前，temp指向首元結點
    //遍歷到被刪除結點
    for (int i=1; i<add; i++) {
        temp=temp->next;
    }
    temp->elem=newElem;
    return p;
}

總結

以上內容詳細介紹了對連結串列中資料元素做"增刪查改"的實現過程及 C 語言程式碼，在此給出本節的完整可執行程式碼：

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

typedef struct Link{
    int  elem;
    struct Link *next;
}link;
link * initLink();
//連結串列插入的函式，p是連結串列，elem是插入的結點的資料域，add是插入的位置
link * insertElem(link * p,int elem,int add);
//刪除結點的函式，p代表操作連結串列，add代表刪除節點的位置
link * delElem(link * p,int add);
//查詢結點的函式，elem為目標結點的資料域的值
int selectElem(link * p,int elem);
//更新結點的函式，newElem為新的資料域的值
link *amendElem(link * p,int add,int newElem);
void display(link *p);

int main() {
    //初始化連結串列（1，2，3，4）
    printf("初始化連結串列為：\n");
    link *p=initLink();
    display(p);
  
    printf("在第4的位置插入元素5：\n");
    p=insertElem(p, 5, 4);
    display(p);
  
    printf("刪除元素3:\n");
    p=delElem(p, 3);
    display(p);
  
    printf("查詢元素2的位置為：\n");
    int address=selectElem(p, 2);
    if (address==-1) {
        printf("沒有該元素");
    }else{
        printf("元素2的位置為：%d\n",address);
    }
    printf("更改第3的位置上的資料為7:\n");
    p=amendElem(p, 3, 7);
    display(p);
  
    return 0;
}

link * initLink(){
    link * p=(link*)malloc(sizeof(link));//建立一個頭結點
    link * temp=p;//宣告一個指標指向頭結點，用於遍歷連結串列
    //生成連結串列
    for (int i=1; i<5; i++) {
        link *a=(link*)malloc(sizeof(link));
        a->elem=i;
        a->next=NULL;
        temp->next=a;
        temp=temp->next;
    }
    return p;
}
link * insertElem(link * p,int elem,int add){
    link * temp=p;//建立臨時結點temp
    //首先找到要插入位置的上一個結點
    for (int i=1; i<add; i++) {
        if (temp==NULL) {
            printf("插入位置無效\n");
            return p;
        }
        temp=temp->next;
    }
    //建立插入結點c
    link * c=(link*)malloc(sizeof(link));
    c->elem=elem;
    //向連結串列中插入結點
    c->next=temp->next;
    temp->next=c;
    return  p;
}

link * delElem(link * p,int add){
    link * temp=p;
    //遍歷到被刪除結點的上一個結點
    for (int i=1; i<add; i++) {
        temp=temp->next;
    }
    link * del=temp->next;//單獨設定一個指標指向被刪除結點，以防丟失
    temp->next=temp->next->next;//刪除某個結點的方法就是更改前一個結點的指標域
    free(del);//手動釋放該結點，防止記憶體洩漏
    return p;
}
int selectElem(link * p,int elem){
    link * t=p;
    int i=1;
    while (t->next) {
        t=t->next;
        if (t->elem==elem) {
            return i;
        }
        i++;
    }
    return -1;
}
link *amendElem(link * p,int add,int newElem){
    link * temp=p;
    temp=temp->next;//tamp指向首元結點
    //temp指向被刪除結點
    for (int i=1; i<add; i++) {
        temp=temp->next;
    }
    temp->elem=newElem;
    return p;
}
void display(link *p){
    link* temp=p;//將temp指標重新指向頭結點
    //只要temp指標指向的結點的next不是Null，就執行輸出語句。
    while (temp->next) {
        temp=temp->next;
        printf("%d ",temp->elem);
    }
    printf("\n");
}

程式碼執行結果：

初始化連結串列為：
1 2 3 4
在第4的位置插入元素5：
1 2 3 5 4
刪除元素3:
1 2 5 4
查詢元素2的位置為：
元素2的位置為：2
更改第3的位置上的資料為7:
1 2 7 4