Summary  
This chapter explains how to define a singly linked list node in C, showing how to use pointers to link nodes dynamically and prevent self-referential memory allocation errors.

General domain of usage  
Data structures

C言語における**連結リスト**は、ノードと呼ばれる要素から構成されるシンプルな動的データ構造。
各ノードはデータ（変数やオブジェクトなど）と、リスト内の次のノードへのポインタを保持。

C言語における単方向連結リストの典型的なノードの例:

c3RydWN0IE5vZGUgewogICAgaW50IGRhdGE7ICAgICAgICAgICAvLyBkYXRhIGluIG5vZGUKICAgIHN0cnVjdCBOb2RlKiBuZXh0OyAgLy8gcG9pbnRlciB0byBuZXh0IG5vZGUKfTs=

次のノードへのポインタの代わりに新しいノードのインスタンスを単純に作成しようとすると、エラーが発生します。

このような構造体には自分自身が含まれているため、コンパイラはメモリを割り当てることができません。これは、自分自身の目で自分を外から見るようなものです。

ポインタを使用することでこの問題が解決されます。なぜなら、コンパイラはポインタ変数にどれだけのメモリを割り当てるかを知っているからです。

最後のノードポインタは常に `NULL` となる。

注意

#define CATCH_CONFIG_MAIN
#include <catch2/catch.hpp>
#include <cstdlib>

struct Node {
    int data;
    struct Node* next;
};

struct Node* createNode(int value);

// Helper: free a list
void freeList(struct Node* head) {
    struct Node* current = head;
    while (current != nullptr) {
        struct Node* tmp = current;
        current = current->next;
        free(tmp);
    }
}

TEST_CASE("createNode returns non-null and correct data") {
    struct Node* node = createNode(42);
    REQUIRE(node != nullptr);
    REQUIRE(node->data == 42);
    REQUIRE(node->next == nullptr);
    free(node);
}

TEST_CASE("createNode multiple nodes and link manually") {
    struct Node* head = createNode(10);
    struct Node* second = createNode(20);
    struct Node* third = createNode(30);

    REQUIRE(head != nullptr);
    REQUIRE(second != nullptr);
    REQUIRE(third != nullptr);

    head->next = second;
    second->next = third;

    REQUIRE(head->data == 10);
    REQUIRE(head->next == second);
    REQUIRE(second->data == 20);
    REQUIRE(second->next == third);
    REQUIRE(third->data == 30);
    REQUIRE(third->next == nullptr);

    freeList(head);
}

TEST_CASE("Single node list") {
    struct Node* node = createNode(100);
    REQUIRE(node != nullptr);
    REQUIRE(node->data == 100);
    REQUIRE(node->next == nullptr);
    free(node);
}

TEST_CASE("Link nodes incrementally") {
    struct Node* head = createNode(1);
    struct Node* second = createNode(2);
    head->next = second;

    struct Node* current = head;
    REQUIRE(current->data == 1);
    current = current->next;
    REQUIRE(current->data == 2);
    REQUIRE(current->next == nullptr);

    freeList(head);
}

TEST_CASE("Create nodes with negative and zero values") {
    struct Node* head = createNode(0);
    struct Node* second = createNode(-10);
    head->next = second;

    REQUIRE(head->data == 0);
    REQUIRE(head->next == second);
    REQUIRE(second->data == -10);
    REQUIRE(second->next == nullptr);

    freeList(head);
}

test.cpp

C言語における構造体の基本的な定義から高度なメモリ概念まで、構造体の仕組みを確実に理解します。ポインタが構造化データとどのように相互作用するかを探求し、情報を効率的に整理する方法を発見し、連結リストなどの実際のデータ構造を実装することで自信を深めます。

構造体の基本を探求し、その使用理由を理解し、構造化データの定義、作成、アクセスに自信を持てるようになります。

ポインタが構造体とどのように相互作用するかを理解し、この関係が重要である理由を学び、動的割り当てや構造体を関数に渡すといった主要な技術を習得します。

構造体がメモリにどのように格納されるかを確実に理解し、アライメントとパディングについて探求し、ユニオンが共有データの効率的な管理にどのように役立つかを学びます。

ネストされた構造体や無名構造体を含む高度な構造体パターンを深く学び、配列と組み合わせる実践的な方法を探求し、一般的なデータ構造に精通します。

リンクリストを一から実装することで自信を深め、その構造を探求し、要素の追加、走査、管理のための基本的な関数を作成します。

基本概念と構造

解答