C链表指针理解

Question

我试图了解 C 链表指针的工作原理。 我知道指向变量的指针是指向地址存储器的“链接”，指向指针的指针有时是对指针本身的引用。

我担心的是，例如，节点引用如何修改原始列表值，而不是列表本身。

我会更好地解释自己：

void insertNode(struct node** head, int value) {

    struct node* new = malloc(sizeof(struct node*));
    struct node* ref = (*head); //this is a reference. -> same address.

    //base case 
    if((*head) == NULL) {
        //do things
    } else { // not null
        while(ref->next != null) {
            ref = ref->next; //THIS: how can this not modify the head itself?
        }

        //null spot found, set up node
        new->value = 10; //some int here
        new->next = NULL;

        ref->next = new; //Instead, how can this modify the head? and why?
    }
}

这里有一点 sn-ps 代码，我的问题是： 是的，我通过 ref 持有对 head 的引用。 但是为什么

ref = ref->next;

只修改 ref 本身，而

ref->next = new

还修改头部？

通过 GDB，我看到一开始，两者共享相同的地址内存，但 ref 只修改了新插入的引用列表。

谁能解释一下？

Answer 1

ref 只是一个指针；修改ref 不会修改ref 所指向 的内容。

while 循环实际上只是在寻找列表的最后一个元素。在 while 循环之后，ref 将简单地指向列表的最后一个元素。

第一个“神秘”行：

ref = ref->next; //THIS: how can this not modify the head itself?

这里我们只是读取ref->next，所以头部不能修改。

第二个“神秘”行：

ref->next = new; //Instead, how can this modify the head? and why?

这里我们修改ref所指向的内容。在这一行ref 要么指向列表的最后一个元素，要么指向头部（如果列表中只有一个元素，它也是列表的最后一个元素，或者是新创建的头部（到如果列表为空，请在 //do things) 中完成。

Answer 2

也许一些图片会有所帮助。

在调用insertNode 之前，您有一系列节点，如下所示：

+-------+------+      +-------+------+      +-------+------+      
| value | next | ---> | value | next | ---> | value | next | ---|||
+-------+------+      +-------+------+      +-------+------+      

你有一个指针（称为h）指向列表的第一个元素：

+---+
| h |
+---+
  |
  V
+-------+------+      +-------+------+      +-------+------+      
| value | next | ---> | value | next | ---> | value | next | ---|||
+-------+------+      +-------+------+      +-------+------+      

当您调用insertNode 时，您将指向h 的指针作为参数传入，我们称之为head：

+------+
| head |
+------+
  |
  V
+---+
| h |
+---+
  |
  V
+-------+------+      +-------+------+      +-------+------+      
| value | next | ---> | value | next | ---> | value | next | ---|||
+-------+------+      +-------+------+      +-------+------+      

您创建一个名为ref 的指针变量，它的值是*head (h)； IOW，ref 最终指向列表的第一个元素：

+------+ +-----+
| head | | ref |
+------+ +-----+
  |        |       
  V        |
+---+      |
| h |      |
+---+      |
  |   +----+
  V   V
+-------+------+      +-------+------+      +-------+------+      
| value | next | ---> | value | next | ---> | value | next | ---|||
+-------+------+      +-------+------+      +-------+------+      

然后在堆上创建另一个节点，并将该指针分配给名为 new 的局部变量：

+------+ +-----+ +-----+      +-------+------+
| head | | ref | | new | ---> | value | next |
+------+ +-----+ +-----+      +-------+------+
  |        |       
  V        |       
+---+      |       
| h |      |    
+---+      |     
  |   +----+     
  V   V
+-------+------+      +-------+------+      +-------+------+      
| value | next | ---> | value | next | ---> | value | next | ---|||
+-------+------+      +-------+------+      +-------+------+      

所以，需要注意的是，虽然ref 和*head (h) 具有相同的值（列表中第一个节点的地址），但它们是不同的对象。因此，任何改变ref 值的东西都不会影响head 或h。

所以，如果我们执行这个循环

while(ref->next != null) {
    ref = ref->next; 

第一次迭代的结果是

+------+ +-----+ +-----+      +-------+------+
| head | | ref | | new | ---> | value | next |
+------+ +-----+ +-----+      +-------+------+
  |        |       
  V        |       
+---+      |       
| h |      |    
+---+      |     
  |        +------------+     
  V                     V
+-------+------+      +-------+------+      +-------+------+      
| value | next | ---> | value | next | ---> | value | next | ---|||
+-------+------+      +-------+------+      +-------+------+      

经过另一次迭代，我们得到

+------+ +-----+ +-----+      +-------+------+
| head | | ref | | new | ---> | value | next |
+------+ +-----+ +-----+      +-------+------+
  |        |       
  V        |       
+---+      |       
| h |      |    
+---+      |     
  |        +----------------------------------+     
  V                                           V
+-------+------+      +-------+------+      +-------+------+      
| value | next | ---> | value | next | ---> | value | next | ---|||
+-------+------+      +-------+------+      +-------+------+      

此时ref->next是NULL，所以循环退出。

然后我们给new->value和new->next赋值，这样new->next就是NULL：

+------+ +-----+ +-----+      +-------+------+
| head | | ref | | new | ---> | value | next | ---|||
+------+ +-----+ +-----+      +-------+------+
  |        |       
  V        |       
+---+      |       
| h |      |    
+---+      |     
  |        +----------------------------------+     
  V                                           V
+-------+------+      +-------+------+      +-------+------+      
| value | next | ---> | value | next | ---> | value | next | ---|||
+-------+------+      +-------+------+      +-------+------+      

最后，我们将ref->next设置为new的值，从而将new指向的节点添加到列表的末尾：

+------+ +-----+ +-----+      +-------+------+
| head | | ref | | new | ---> | value | next | ---|||
+------+ +-----+ +-----+      +-------+------+               
  |        |                    ^                                
  V        |                    |                               
+---+      |                    +-------------------------------+
| h |      |                                                    |
+---+      |                                                    |
  |        +----------------------------------+                 |
  V                                           V                 |
+-------+------+      +-------+------+      +-------+------+    |  
| value | next | ---> | value | next | ---> | value | next | ---+
+-------+------+      +-------+------+      +-------+------+      

注意ref->next 不是指向变量 new，它指向的是new 指向的东西。

所以，这就是为什么更新ref 不会影响head（或*head (h)）。基本情况，列表为空，将最终写入*head (h)，将其设置为指向从堆中分配的新节点。