La lista enlazada simple

Pre-requisitos

Los tipos de datos
Las estructuras
El uso de typedef
Los punteros
Las funciones usuario

I. Introducción

El objetivo de este artículo es el de comprender el uso de las listas enlazadas simples.
Las listas enlazadas pueden ser utilizadas cuando se necesitan hacer varias operaciones de inserción y eliminación de elementos.

II. Definición

Las listas enlazadas son estructuras de datos semejantes a los array salvo que el acceso a un elemento no se hace mediante un indice sino mediante un puntero.
La asignación de memoria es hecha durante la ejecución.

En una lista los elementos son contiguos en lo que concierne al enlazado.



En cambio, mientras que en un array los elementos están contiguos en la memoria, en una lista los elementos están dispersos.
El enlace entre los elementos se hace mediante un puntero.
En realidad, en la memoria la representación es aleatoria en función del espacio asignado.

El puntero siguiente del último elemento debe apuntar hacia NULL (el fin de la lista).

Para acceder a un elemento, la lista es recorrida comenzando por el inicio, el puntero siguiente permite el desplazamiento hacia el próximo elemento.
El desplazamiento se hace en una sola dirección, del primer al último elemento.
Si deseas desplazarte en las dos direcciones (hacia delante y hacia atrás) deberás utilizar las [ listas doblemente enlazadas]

III. Construcción del modelo de un elemento de la lista

Para definir un elemento de la lista, será utilizado el tipo struct.
El elemento de la lista contendrá un campo dato y un puntero siguiente.
El puntero siguiente debe ser del mismo tipo que el elemento, si no, no podrá apuntar hacia el elemento.
El puntero siguiente permitirá el acceso al próximo elemento.

typedef struct ElementoLista {
		char                *dato;
		struct ElementoLista *siguiente;
}Elemento;

Para tener el control de la lista es preferible guardar ciertos elementos:
El primer elemento, el último elemento, el número de elementos.

Para ello será utilizado otra estructura (no es obligatorio, pueden ser utilizadas variables)

typedef struct ListaIdentificar {
		Elemento *inicio;
		Elemento *fin;
		int tamaño;
}Lista;

El puntero inicio contendrá la dirección del primer elemento de la lista.
El puntero fin contendrá la dirección del último elemento de la lista.
La variable tamaño contiene el número de elementos.

Cualquiera que sea la posición en la lista, los punteros inicio y fin apuntan siempre al primer y último elemento.
El campo tamaño contendrá el numero de elementos de la lista cualquiera que sea la operación efectuada sobre la lista.

IV. Operaciones sobre las listas enlazadas

Para la inserción y la eliminación, una solo función bastará si está bien concebida de acuerdo a lo que se necesite.
Debo recordar que este artículo es puramente didáctico.
Por esta razón he escrito una función para cada operación de inserción y eliminación.

A. Inicialización

Modelo de la función:

void inicializacion (Lista *lista);

Esta operación debe ser hecha antes de cualquier otra operación sobre la lista.
Esta inicializa el puntero inicio y el puntero fin con el puntero NULL, y el tamaño con el valor 0.

La función

void inicializacion (Lista *lista){
		lista->inicio = NULL;
		lista->fin = NULL;
		tamaño = 0;
}

B. Inserción de un elemento en la lista

A continuación el algoritmo de inserción y registro de los elementos:

• declaración del elemento a insertar
• asignación de la memoria para el nuevo elemento
• rellenar el contenido del campo de datos
• actualizar los punteros hacia el primer y ultimo elemento si es necesario.
  • Caso particular: en una lista con un solo elemento, el primero es al mismo tiempo el último.
  • Actualizar el tamaño de la lista

Para añadir un elemento a la lista hay varios casos:

• 1. Inserción en una lista vacía
• 2. Inserción al inicio de la lista
• 3. Inserción al final de la lista
• 4. Inserción en otra parte de la lista.

1. Inserción en una lista vacía

Ejemplo de la función:

int ins_en_lista_vacia (Lista *lista, char *dato);

La función devuelve 1 en caso de error, si no devuelve 0.

Etapas:

• asignación de memoria para el nuevo elemento
• rellenar el campo de datos del nuevo elemento
• el puntero siguiente del nuevo elemento apuntará hacia NULL (ya que la inserción es hecha en una lista vacía se utiliza la dirección del puntero inicio que vale NULL)
• los punteros inicio y fin apuntaran hacia el nuevo elemento
• el tamaño es actualizado

La función

/* inserción en una lista vacía */
int ins_en_lista_vacia (Lista * lista, char *dato){
  Element *nuevo_elemento;
  if ((nuevo_elemento = (Element *) malloc (sizeof (Element))) == NULL)
    return -1;
  if ((nuevo _elemento->dato = (char *) malloc (50 * sizeof (char)))
      == NULL)
    return -1;
  strcpy (nuevo_elemento->dato, dato);

  nuevo_elemento->siguiente = NULL;
  lista->inicio = nuevo_elemento;
  lista->fin = nuevo_elemento;
  lista->tamaño++;
  return 0;
}

2. Inserción al inicio de la lista

Ejemplo de la función:

int ins_inicio_lista (Lista *lista,char *dato);

La función devuelve -1 en caso de error, si no devuelve 0.

Etapas:

• asignación de memoria al nuevo elemento
• rellenar el campo de datos del nuevo elemento
• el puntero siguiente del nuevo elemento apunta hacia el primer elemento
• el puntero inicio apunta hacia el nuevo elemento
• el puntero fin no cambia
• el tamaño es incrementado

La función

/* inserción al inicio de la lista */
int ins_inicio_lista (Lista * lista, char *dato){
  Element *nuevo_elemento;
  if ((nuevo_elemento = (Element *) malloc (sizeof (Element))) == NULL)
    return -1;
  if ((nuevo_elemento->dato = (char *) malloc (50 * sizeof (char)))
      == NULL)
    return -1;
  strcpy (nuevo_elemento->dato, dato);

  nuevo_elemento->siguiente = lista->inicio
  lista->inicio = nuevo_elemento;
  lista->tamaño++;
  return 0;
}

3. Inserción al final de la lista

Ejemplo de la función:

int ins_fin_lista (Lista *lista, Element *actual, char *dato);

La función devuelve -1 en caso de error, si no devuelve 0.

Etapas:

• asignación de memoria al nuevo elemento
• rellenar el campo de datos del nuevo elemento
• el puntero siguiente del ultimo elemento apunta hacia el nuevo elemento
• el puntero fin apunta hacia el nuevo elemento
• el puntero inicio no cambia
• el tamaño es incrementado

La función

/*inserción al final de la lista */
int ins_fin_lista (Lista * lista, Element * actual, char *dato){
  Element *nuevo_elemento;
  if ((nuevo_elemento = (Element *) malloc (sizeof (Element))) == NULL)
    return -1;
  if ((nuevo_elemento->dato = (char *) malloc (50 * sizeof (char)))
      == NULL)
    return -1;
  strcpy (nuevo_elemento->dato, dato);

  actual->siguiente = nuevo_elemento;
  nuevo_elemento->siguiente = NULL;

  lista->fin = nuevo_elemento;

  lista->tamaño++;
  return 0;
}

4. Inserción en otra parte de la lista

Ejemplo de la función:

int ins_lista (Lista *lista, char *dato,int pos);

La función devuelve -1 en caso de error, si no devuelve 0.

La inserción se efectuará después de haber pasado a la función una posición como argumento.
Si la posición indicada no tiene que ser el último elemento. En ese caso hay que utilizar la función de inserción al final de la lista.

Etapas:

• asignación de memoria al nuevo elemento
• rellenar el campo de datos del nuevo elemento
• Elegir una posición en la lista (la inserción se hará después de haber elegido la posición)
• el puntero siguiente del nuevo elemento apunta hacia la dirección a la que apunta el puntero siguiente del elemento actual.
• el puntero siguiente del elemento actual apunta al nuevo elemento
• los punteros inicio y fin no cambian
• el tamaño se incrementa en una unidad

La función

/* inserción en la posición solicitada */
int ins_lista (Lista * lista, char *dato, int pos){
  if (lista->tamaño < 2)
    return -1;
  if (pos < 1 || pos >= lista->tamaño)
    return -1;

  Element *actual;
  Element *nuevo_elemento;
  int i;

  if ((nuevo_elemento = (Element *) malloc (sizeof (Element))) == NULL)
    return -1;
  if ((nuevo_elemento->dato = (char *) malloc (50 * sizeof (char)))
      == NULL)
    return -1;

  actual = lista->inicio;
  for (i = 1; i < pos; ++i)
    actual = actual->siguiente;
  if (actual->siguiente == NULL)
    return -1;
  strcpy (nuevo_elemento->dato, dato);

  nuevo_elemento->siguiente = actual->siguiente;
  actual->siguiente = nuevo_elemento;
  lista->tamaño++;
  return 0;

C. Eliminación de un elemento de la lista

A continuación un algoritmo para eliminar un elemento de la lista:

• uso de un puntero temporal para guardar la dirección de los elementos a eliminar
• el elemento a eliminar se encuentra después del elemento actual

Apuntar el puntero siguiente del elemento actual hacia la dirección del puntero siguiente del elemento a eliminar

• liberar la memoria ocupada por el elemento eliminado
• actualizar el tamaño de la lista

Para eliminar un elemento de la lista hay varios casos:

• 1. Eliminación al inicio de la lista
• 2. Eliminación en otra parte de la lista

1. Eliminación al inicio de la lista

Ejemplo de la función:

int sup_inicio (Lista *lista);

La función devuelve -1 en caso de error, si no devuelve 0.

Etapas:

• el puntero sup_elem contendrá la dirección del 1er elemento
• el puntero inicio apuntara hacia el 2do elemento
• el tamaño de la lista disminuirá un elemento

La función

/* eliminación al inicio de la lista */
int sup_inicio (Lista * lista){
  if (lista->tamaño == 0)
    return -1;
  Element *sup_elemento;
  sup_element = lista->inicio;
  lista->inicio = lista->inicio->siguiente;
  if (lista->tamaño == 1)
    lista->fin = NULL;
  free (sup_elemento->dato);
  free (sup_elemento);
  lista->tamaño--;
  return 0;
}

2. Eliminación en otra parte de la lista

Ejemplo de la función:

int sup_en_lista (Lista *lista, int pos);

La función devuelve -1 en caso de error, si no devuelve 0.

Etapas:

• el puntero sup_elem contendrá la dirección hacia la que apunta el puntero siguiente del elemento actual
• el puntero siguiente del elemento actual apuntara hacia el elemento al que apunta el puntero siguiente del elemento que sigue al elemento actual en la lista.

Si el elemento actual es el penúltimo elemento, el puntero fin debe ser actualizado.

• el tamaño de la lista será disminuido en un elemento

La función

/* eliminar un elemento después de la posición solicitada */
int sup_en_lista (Lista * lista, int pos){
  if (lista->tamaño <= 1 || pos < 1 || pos >= lista->tamaño)
    return -1;
  int i;
  Element *actual;
  Element *sup_elemento;
  actual = lista->inicio;

  for (i = 1; i < pos; ++i)
    actual = actual->siguiente;

  sup_elemento = actual->siguiente;
  actual->siguiente = actual->siguiente->siguiente;
  if(actual->siguiente == NULL)
          lista->fin = actual;
  free (sup_elemento->dato);
  free (sup_elemento);
  lista->tamaño--;
  return 0;
}

D. Visualización de la lista

Para mostrar la lista entera hay que posicionarse al inicio de la lista (el puntero inicio lo permitirá). Luego utilizando el puntero siguiente de cada elemento la lista es recorrida del 1ero al ultimo elemento.
La condición para detener es dada por el puntero siguiente del ultimo elemento que vale NULL.

La función

/* visualización de la lista */
void visualización (Lista * lista){
  Element *actual;
  actual = lista->inicio;
  while (actual != NULL){
      printf ("%p - %s\n", actual, actual->dato);
      actual = actual->siguiente;
  }
}

E. Destrucción de la lista

Para destruir la lista entera, he utilizado la eliminación al inicio de la lista ya que el tamaño es mayor a cero.

La función

/* destruir la lista */
void destruir (Lista * lista){
  while (lista->tamaño > 0)
    sup_inicio (lista);
}

V. Ejemplo completo

lista.h

/* ---------- lista.h ----------- */
typedef struct ElementoLista
{
  char *dato;
  struct ElementoLista *siguiente;
} Elemento;

typedef struct ListaIdentificar
{
  Elemento *inicio;
  Elemento *fin;
  int tamaño;
} Lista;

/* inicialización de la lista */
void inicialización (Lista * lista);


/* INSERCION */

/* inserción en une lista vacía */
int ins_en_lista_vacia (Lista * lista, char *dato);

/* inserción al inicio de la lista */
int ins_inicio_lista (Lista * lista, char *dato);

/* inserción al final de la lista */
int ins_fin_lista (Lista * lista, Elemento * actual, char *dato);

/* inserción en otra parte */
int ins_lista (Lista * lista, char *dato, int pos);


/* SUPRESION */

int sup_inicio (Lista * lista);
int sup_en_lista (Lista * lista, int pos);


int menu (Lista *lista,int *k);
void muestra (Lista * lista);
void destruir (Lista * lista);
/* -------- FIN lista.h --------- */
lista _function.h
/***************************\

 *     lista_function.h    *
\***************************/
void
inicialisacion (Lista * lista)
{
  lista ->inicio = NULL;
  lista ->fin = NULL;
  lista ->tamaño = 0;
}

/* insercion en une lista vacia */
int ins_en_lista _vacia (Lista * lista, char *dato){
  Elemento *nuevo_elemento;
  if ((nuevo_elemento = (Elemento *) malloc (sizeof (Elemento))) == NULL)
    return -1;
  if ((nuevo_elemento->dato = (char *) malloc (50 * sizeof (char)))
      == NULL)
    return -1;
  strcpy (nuevo_elemento->dato, dato);

  nuevo_elemento->siguiente = NULL;
  lista ->inicio = nuevo_elemento;
  lista ->fin = nuevo_elemento;
  lista ->tamaño++;
  return 0;
}

/* inserción al inicio de la lista */
int ins_inicio_lista (Lista * lista, char *dato){
  Elemento *nuevo_elemento;
  if ((nuevo_elemento = (Elemento *) malloc (sizeof (Elemento))) == NULL)
    return -1;
  if ((nuevo_elemento->dato = (char *) malloc (50 * sizeof (char)))
      == NULL)
    return -1;
  strcpy (nuevo_elemento->dato, dato);

  nuevo_elemento->siguiente = lista->inicio;
  lista ->inicio = nuevo_elemento;
  lista ->tamaño++;
  return 0;
}

/*insercion al final de la lista */
int ins_fin_lista (Lista * lista, elemento * actual, char *dato){
  Elemento *nuevo_elemento;
  if ((nuevo_elemento = (Elemento *) malloc (sizeof (Elemento))) == NULL)
    return -1;
  if ((nuevo_elemento->dato = (char *) malloc (50 * sizeof (char)))
      == NULL)
    return -1;
  strcpy (nuevo_elemento->dato, dato);

  actual->siguiente = nuevo_elemento;
  nuevo_elemento->siguiente = NULL;

  lista ->fin = nuevo_elemento;

  lista ->tamaño++;
  return 0;
}

/* insercion en la posicion solicitada */
int ins_ lista (Lista * lista, char *dato, int pos){
  if (lista ->tamaño < 2)
    return -1;
  if (pos < 1 || pos >= lista ->tamaño)
    return -1;

  Elemento *actual;
  Elemento *nuevo_elemento;

  int i;

  if ((nuevo_elemento = (Elemento *) malloc (sizeof (Elemento))) == NULL)
    return -1;
  if ((nuevo_elemento->dato = (char *) malloc (50 * sizeof (char)))
      == NULL)
    return -1;

  actual = lista ->inicio;
  for (i = 1; i < pos; ++i)
    actual = actual->siguiente;
  if (actual->siguiente == NULL)
    return -1;
  strcpy (nuevo_elemento->dato, dato);

  nuevo_elemento->siguiente = actual->siguiente;
  actual->siguiente = nuevo_elemento;
  lista ->tamaño++;
  return 0;
}

/* supresión al inicio de la lista */
int sup_inicio (Lista * lista){
  if (lista ->tamaño == 0)
    return -1;
  Elemento *sup_elemento;
  sup_elemento = lista ->inicio;
  lista ->inicio = lista ->inicio->siguiente;
  if (lista ->tamaño == 1)
    lista ->fin = NULL;
  free (sup_elemento->dato);
  free (sup_elemento);
  lista ->tamaño--;
  return 0;
}

/* suprimir un elemento después de la posición solicitada */
int sup_en_lista (Lista * lista, int pos){
  if (lista ->tamaño <= 1 || pos < 1 || pos >= lista ->tamaño)
    return -1;
  int i;
  Elemento *actual;
  Elemento *sup_elemento;
  actual = lista ->inicio;

  for (i = 1; i < pos; ++i)
    actual = actual->siguiente;

  sup_elemento = actual->siguiente;
  actual->siguiente = actual->siguiente->siguiente;
  if(actual->siguiente == NULL)
          lista ->fin = actual;
  free (sup_elemento->dato);
  free (sup_elemento);
  lista ->tamaño--;
  return 0;
}

/* visualización de la Lista */
void muestra (Lista * lista){
  Elemento *actual;
  actual = lista ->inicio;
  while (actual != NULL){
      printf ("%p - %s\n", actual, actual->dato);
      actual = actual->siguiente;
  }
}

/* destruir la Lista */
void destruir (Lista * Lista){
  while (lista ->tamaño > 0)
    sup_inicio (lista);
}

int menu (Lista *lista,int *k){
  int elección;
  printf("********** MENU **********\n");
  if (lista ->tamaño == 0){
    printf ("1. Adición del1er elemento\n");
    printf ("2. Quitar\n");
  }else if(lista ->tamaño == 1 || *k == 1){
    printf ("1. Adición al inicio de la lista\n");
    printf ("2. Adición al final de la lista\n");
    printf ("4. Supresión al inicio de la lista\n");
    printf ("6. Destruir la lista\n");
    printf ("7. Quitar\n");
  }else {
    printf ("1. Adición al inicio de la lista\n");
    printf ("2. Adición al final de la lista\n");
    printf ("3. Adición después de la posición indicada\n");
    printf ("4. Supresión al inicio de la lista\n");
    printf ("5. Supresión después de la posición indicada\n");
    printf ("6. Destruir la lista\n");
    printf ("7. Quitar\n");
  }
  printf ("\n\nElegir: ");
  scanf ("%d", &elección);
  getchar();
  if(lista->tamaño == 0 && elección == 2)
    elección = 7;
  return elección;
}
/* -------- FIN lista_function.h --------- */
lista.c
/**********************\

 *     lista.c        *
\**********************/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "lista.h"
#include "lista _function.h"

int main (void)
{
  char elección;
  char *nom;
  Lista *lista;
  Elemento *actual;

  if ((lista = (Lista *) malloc (sizeof (Lista))) == NULL)
    return -1;
  if ((nom = (char *) malloc (50)) == NULL)
    return -1;
  actual = NULL;
  elección = 'o';

  inicialisacion (lista);
  int pos, k;

  while (elección!= 7){
      elección = menu (lista, &k);
      switch (elección){
        case 1:
          printf ("Ingrese un elemento : ");
          scanf ("%s", nom);
          getchar ();
          if (lista->tamaño == 0)
            ins_en_lista_vacia (lista, nom);
          else
            ins_inicio_lista (lista, nom);
          printf ("%d elementos:ini=%s,fin=%s\n", lista->tamaño,
                  lista->inicio->dato, lista->fin->dato);
          muestra (lista);
          break;
        case 2:
          printf ("Ingrese un elemento: ");
          scanf ("%s", nom);
          getchar ();
          ins_fin_lista (lista, lista->fin, nom);
          printf ("%d elementos:ini=%s,fin=%s\n", lista->tamaño,
                  lista->inicio->dato, lista->fin->dato);
          muestra (lista);
          break;
        case 3:
          printf ("Ingrese un elemento: ");
          scanf ("%s", nom);
          getchar ();
          do{
              printf ("Ingrese la posicion: ");
              scanf ("%d", &pos);
	    }
          while (pos < 1 || pos > lista->tamaño);
          getchar ();
          if (lista->tamaño == 1 || pos == lista->tamaño){
              k = 1;
              printf("-----------------------------------------------\n");
              printf("/!\\Fracaso la insercion.Utilice el menu {1|2} /!\\\n");
              printf("-----------------------------------------------\n");
              break;
	    }
          ins_lista (lista, nom, pos);
          printf ("%d elementos:ini=%s,fin=%s\n", lista->tamaño,
                  lista->inicio->dato, lista->fin->dato);
          muestra (lista);
          break;
        case 4:
          sup_inicio (lista);
          if (lista->tamaño != 0)
            printf ("%d elementos:ini=%s,fin=%s\n", lista->tamaño,
                    lista->inicio->dato, lista->fin->dato);
          else
            printf ("lista vacia\n");
          muestra (lista);
          break;
        case 5:
          do{
              printf ("Ingrese la posicion : ");
              scanf ("%d", &pos);
	    }
          while (pos < 1 || pos > lista->tamaño);
          getchar ();
          sup_en_lista (lista, pos);
          if (lista->tamaño != 0)
            printf ("%d elementos:ini=%s,fin=%s\n", lista->tamaño,
                    lista->inicio->dato, lista->fin->dato);
          else
            printf ("lista vacia\n");
          muestra (lista);
          break;
        case 6:
          destruir (lista);
          printf ("la lista ha sido destruida: %d elementos\n", lista->tamaño);
          break;
      }
  }
  return 0;
}

VI. Ver también

[Las listas doblemente enlazadas]
[Las listas circulares]
[Las pilas]
[Las filas]

PD: El artículo original fue escrito por lami20j, contribuidor de CommentCaMarche