FORTRAN语言的单向链表

凌嘉遥

于 2025-03-07 15:40:31 发布

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分类专栏：包罗万象文章标签： golang 开发语言后端

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以FORTRAN语言的单向链表为名的文章

引言

单向链表是一种重要的数据结构，广泛应用于程序设计和计算机科学中。它由一系列节点组成，每个节点包含数据部分和指向下一个节点的指针。在众多编程语言中，FORTRAN作为一种历史悠久的语言，也能够实现单向链表的基本操作。通过深入探讨FORTRAN语言下的单向链表，我们可以更好地理解链表的结构、功能及其实现。

单向链表的基本概念

单向链表的基本组成如下：

节点：每个节点包含两部分——数据部分和指针部分。数据部分保存节点的数据，而指针部分保存下一个节点的地址。
头指针：链表的第一个节点的地址称为头指针，用于访问链表。
尾指针：链表的最后一个节点的指针部分指向空，通常用一个特殊值（如0或NULL）表示。

单向链表的特点

动态大小：链表的大小可以动态变化，可以在运行时不断添加或删除节点，而不需要提前定义大小。
顺序访问：尽管链表的元素在物理内存中可能不连续，但可以通过头指针和指针访问顺序来访问链表中的每个元素。
插入与删除：在链表中，插入与删除操作的时间复杂度是O(1），相较于数组的O(n)效率更高。

FORTRAN语言中的单向链表实现

在FORTRAN语言中，链表的实现通常通过自定义数据结构来完成。以下是一个简单的单向链表实现的示例代码。

基础定义

首先，我们定义节点结构体和一些基本操作。FORTRAN不支持面向对象编程，但可以使用模块化结构来模拟。

```fortran MODULE LinkedListModule IMPLICIT NONE

TYPE :: Node INTEGER :: data CLASS(Node), POINTER :: next END TYPE Node

CONTAINS

SUBROUTINE InitializeList(head) TYPE(Node), POINTER :: head

ALLOCATE(head)
head%data = 0
head%next => NULL()

END SUBROUTINE InitializeList

SUBROUTINE Insert(head, newData) TYPE(Node), POINTER :: head INTEGER :: newData TYPE(Node), POINTER :: newNode, current

ALLOCATE(newNode)
newNode%data = newData
newNode%next => NULL()

IF (head%next == NULL()) THEN
  head%next => newNode
ELSE
  current => head%next
  DO WHILE (current%next /= NULL())
    current => current%next
  END DO
  current%next => newNode
END IF

END SUBROUTINE Insert

SUBROUTINE Display(head) TYPE(Node), POINTER :: head TYPE(Node), POINTER :: current

current => head%next
PRINT *, "链表中的元素是："
DO WHILE (current /= NULL())
  PRINT *, current%data
  current => current%next
END DO

END SUBROUTINE Display

END MODULE LinkedListModule ```

主要操作函数

在上述代码中，我们定义了一个模块LinkedListModule，其中包括了：

Node类型，表示链表的节点。
InitializeList子程序，用于初始化链表。
Insert子程序，用于在链表中插入新节点。
Display子程序，用于打印链表中的所有元素。

程序主模块

接下来，我们在主程序中调用这些函数。

```fortran PROGRAM LinkedListDemo USE LinkedListModule IMPLICIT NONE

TYPE(Node), POINTER :: head INTEGER :: i

CALL InitializeList(head)

DO i = 1, 5 CALL Insert(head, i * 10) ! 插入值，如10, 20, 30, 40, 50 END DO

CALL Display(head)

END PROGRAM LinkedListDemo ```

在这个程序中，我们首先用InitializeList函数初始化了链表，然后插入五个整数，最后调用Display函数输出链表中的所有元素。

链表的其他操作

在单向链表中，除了插入和显示，还可以实现其他常用操作，包括删除节点、搜索节点和反转链表等。

删除节点

可以通过遍历链表，找到目标节点并在其前一个节点中调整指针来删除该节点。

```fortran SUBROUTINE DeleteNode(head, target) TYPE(Node), POINTER :: head INTEGER :: target TYPE(Node), POINTER :: current, previous

current => head%next previous => head

DO WHILE (current /= NULL()) IF (current%data == target) THEN previous%next => current%next DEALLOCATE(current) RETURN END IF previous => current current => current%next END DO PRINT *, "未找到要删除的节点." END SUBROUTINE DeleteNode ```

搜索节点

通过遍历链表，检查每个节点的值，找到目标节点。

```fortran SUBROUTINE Search(head, target) TYPE(Node), POINTER :: head INTEGER :: target TYPE(Node), POINTER :: current

current => head%next DO WHILE (current /= NULL()) IF (current%data == target) THEN PRINT , "找到节点：", current%data RETURN END IF current => current%next END DO PRINT , "未找到节点。" END SUBROUTINE Search ```