【数据结构】静态链表

已于 2023-04-07 20:01:17 修改
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分类专栏： 数据结构 文章标签： 数据结构 学习
于 2023-04-06 07:54:20 首次发布
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文章介绍了静态链表的概念，通过C语言代码展示了如何初始化、插入元素和删除元素。静态链表使用数组实现链式存储结构，通过分配连续内存空间存储节点，并用额外的used数组记录节点使用情况。示例代码包括初始化链表、打印链表、插入元素和删除元素的函数实现。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

有关静态链表的介绍（来自网络）：

静态链表( static linked list )
分配一整片连续的内存空间，各个结点集中安置，逻辑结构上相邻的数据元素，存储在指定的一块内存空间中，数据元素只允许在这块内存空间中随机存放，这样的存储结构生成的链表称为静态链表。也就是说静态链表是用数组来实现链式存储结构，静态链表实际上就是一个结构体数组

首先，代码如下：

#include<stdio.h>
#include<malloc.h>

#define DEFAULT_SIZE 5

typedef struct StaticLinkedNode
{
	char data;
	int next;
} *NodePtr;

typedef struct StaticLinkedList
{
	NodePtr nodes;
	int* used;
} *ListPtr;

ListPtr initLinkedList()
{
	//The pointer to the whole list space.
	ListPtr tempPtr = (ListPtr)malloc(sizeof(struct StaticLinkedList));

	//Allocate total space.
	tempPtr->nodes = (NodePtr)malloc(sizeof(struct StaticLinkedNode) * DEFAULT_SIZE);
	tempPtr->used = (int*)malloc(sizeof(int) * DEFAULT_SIZE);

	//The first node is the header.
	tempPtr->nodes[0].data = '\0';
	tempPtr->nodes[0].next = -1;

	//Only the first node is used.
	tempPtr->used[0] = -1;
	for (int i = 1; i < DEFAULT_SIZE; i++)
	{
		tempPtr->used[i] = 0;
	}// Of for i

	return tempPtr;
}// Of initLinkedList

void printList(ListPtr paraListPtr)
{
	int p = 0;
	while (p != -1)
	{
		printf("%c", paraListPtr->nodes[p].data);
		p = paraListPtr->nodes[p].next;
	}// Of while
	printf("\r\n");
}// Of printList

void insertElement(ListPtr paraListPtr, char paraChar, int paraPosition)
{
	int p, q, i;

	//Step 1:Search to the position
	p = 0;
	for (i = 0; i < paraPosition; i++)
	{
		p = paraListPtr->nodes[p].next;
		if (p == -1)
		{
			printf("The position %d is beyond the scope of the list.\r\n", paraPosition);
			return;
		}//Of if
	}//Of for i

	//step 2:Construct anew node
	for (i = 1; i < DEFAULT_SIZE; i++)
	{
		if (paraListPtr->used[i] == 0)
		{
			//This is identical to malloc.
			printf("Space at %d allocated.\r\n", i);
			paraListPtr->used[i] = 1;
			q = i;
			break;
		}//Of if
	}//Of for i
	if (i == DEFAULT_SIZE)
	{
		printf("No space.\r\n");
		return;
	}//Of if

	paraListPtr->nodes[q].data = paraChar;

	//Step 3: Now link.
	printf("linking\r\n");
	paraListPtr->nodes[q].next = paraListPtr->nodes[p].next;
	paraListPtr->nodes[p].next = q;

}// Of insertElement

void deleteElement(ListPtr paraListPtr, char paraChar)
{
	int p, q;
	p = 0;
	while ((paraListPtr->nodes[p].next != -1) && (paraListPtr->nodes[paraListPtr->nodes[p].next].data != paraChar))
	{
		p = paraListPtr->nodes[p].next;
	}// Of while

	if (paraListPtr->nodes[p].next == -1)
	{
		printf("Cannot delete %c\r\n", paraChar);
		return;
	}// Of if

	q = paraListPtr->nodes[p].next;
	paraListPtr->nodes[p].next = paraListPtr->nodes[paraListPtr->nodes[p].next].next;

	//This statement is identical to free(q)
	paraListPtr->used[q] = 0;
}// Of deleteElement

void appendInsertDeleteTest()
{
	// Step 1:Initialize an empty list
	ListPtr tempList = initLinkedList();
	printList(tempList);

	//Step 2:Add some characters
	insertElement(tempList, 'H', 0);
	insertElement(tempList, 'e', 1);
	insertElement(tempList, 'l', 2);
	insertElement(tempList, 'l', 3);
	insertElement(tempList, 'o', 4);
	printList(tempList);

	//Step 3: Delete some characters(the first occurence).
	printf("Deleting 'e'.\r\n");
	deleteElement(tempList, 'e');
	printf("Deleting 'a'.\r\n");
	deleteElement(tempList, 'a');
	printf("Deleting 'o'.\r\n");
	deleteElement(tempList, 'o');
	printList(tempList);

	insertElement(tempList, 'x', 1);
	printList(tempList);

}// Of appendInsertDeletTest

int main()
{
	appendInsertDeleteTest();
	return 0;
}

在这里插入图片描述

初始化

ListPtr initLinkedList()
{
	//The pointer to the whole list space.
	ListPtr tempPtr = (ListPtr)malloc(sizeof(struct StaticLinkedList));

	//Allocate total space.
	tempPtr->nodes = (NodePtr)malloc(sizeof(struct StaticLinkedNode) * DEFAULT_SIZE);
	tempPtr->used = (int*)malloc(sizeof(int) * DEFAULT_SIZE);

	//The first node is the header.
	tempPtr->nodes[0].data = '\0';
	tempPtr->nodes[0].next = -1;

	//Only the first node is used.
	tempPtr->used[0] = -1;
	for (int i = 1; i < DEFAULT_SIZE; i++)
	{
		tempPtr->used[i] = 0;
	}// Of for i

	return tempPtr;
}// Of initLinkedList

  1. 首先定义一个指向静态链表的指针tempPtr，然后动态地分配了一个sizeof(struct StaticLinkedList)大小的内存空间给tempPtr，并用malloc()函数来实现。

  2. 然后为静态链表中的节点分配内存，一共DEFAULT_SIZE个，每个节点的大小是sizeof(struct StaticLinkedNode)，然后用一个名为tempPtr->nodes的指针数组来保存每个节点的地址，这样tempPtr->nodes[i]就指向了第i个节点的地址。

  3. 为静态链表中的used数组分配内存，大小为DEFAULT_SIZE * sizeof(int)，它用于记录每个节点是否被使用。used[i] = -1表示某个节点是被使用的，而used[i] = 0表示某个节点是空闲的。

  4. 初始化链表中的第一个节点（也就是头结点），头结点的data成员为空字符、next成员为-1。

  5. 最后for循环初始化used数组，将其初始值设为0，表示所有的节点都是空闲的。

打印静态链表

void printList(ListPtr paraListPtr)
{
	int p = 0;
	while (p != -1)
	{
		printf("%c", paraListPtr->nodes[p].data);
		p = paraListPtr->nodes[p].next;
	}// Of while
	printf("\r\n");
}// Of printList
  1. printList是一个函数，参数为指向静态链表的指针paraListPtr。
  2. 然后定义了一个整型变量p，并将其赋值为0，这里的p表示当前要打印的节点的下标。
  3. 在while循环中，只要p不等于-1，就打印指向p节点的数据即paraListPtr->nodes[p].data 然后将p的值更新为下一个节点的下标，即paraListPtr>nodes[p].next

插入元素

void insertElement(ListPtr paraListPtr, char paraChar, int paraPosition)
{
	int p, q, i;

	//Step 1:Search to the position
	p = 0;
	for (i = 0; i < paraPosition; i++)
	{
		p = paraListPtr->nodes[p].next;
		if (p == -1)
		{
			printf("The position %d is beyond the scope of the list.\r\n", paraPosition);
			return;
		}//Of if
	}//Of for i

	//step 2:Construct anew node
	for (i = 1; i < DEFAULT_SIZE; i++)
	{
		if (paraListPtr->used[i] == 0)
		{
			//This is identical to malloc.
			printf("Space at %d allocated.\r\n", i);
			paraListPtr->used[i] = 1;
			q = i;
			break;
		}//Of if
	}//Of for i
	if (i == DEFAULT_SIZE)
	{
		printf("No space.\r\n");
		return;
	}//Of if

	paraListPtr->nodes[q].data = paraChar;

	//Step 3: Now link.
	printf("linking\r\n");
	paraListPtr->nodes[q].next = paraListPtr->nodes[p].next;
	paraListPtr->nodes[p].next = q;

}// Of insertElement
  1. insertElement是一个函数，其参数为指向静态链表的指针paraListPtr，要插入的字符paraChar，以及要插入的位置paraPosition。
  2. 首先，定义了两个整型变量p和q，用于记录当前节点和新节点的下标，以及一个整型变量i用于循环计数。
  3. 在Step 1中，从静态链表头节点开始遍历找到要插入的位置。每次将p更新为当前节点的下一个节点。如果遍历到链表末尾仍未找到要插入的位置，就输出错误信息并返回。
  4. 在Step 2中，先用循环找到一个未使用的节点，也就是used数组值为0的节点。找到未使用节点后，将其标记为已使用即used为1，并将q的值更新为其下标。如果没有找到未使用节点，就输出错误信息并返回。
  5. 然后将新节点的数据设置为paraChar。 在Step 3中，将新节点与链表中的节点连接起来。首先将新节点的下一个节点设置为原位置节点的下一个节点，然后将原位置节点的下一个节点设置为新节点。

删除元素

void deleteElement(ListPtr paraListPtr, char paraChar)
{
	int p, q;
	p = 0;
	while ((paraListPtr->nodes[p].next != -1) && (paraListPtr->nodes[paraListPtr->nodes[p].next].data != paraChar))
	{
		p = paraListPtr->nodes[p].next;
	}// Of while

	if (paraListPtr->nodes[p].next == -1)
	{
		printf("Cannot delete %c\r\n", paraChar);
		return;
	}// Of if

	q = paraListPtr->nodes[p].next;
	paraListPtr->nodes[p].next = paraListPtr->nodes[paraListPtr->nodes[p].next].next;

	//This statement is identical to free(q)
	paraListPtr->used[q] = 0;
}// Of deleteElement
  1. deleteElement是一个函数，参数为指向静态链表的指针paraListPtr以及要删除的字符paraChar。
  2. 首先定义了两个整型变量p和q，用于记录当前节点和删除节点的下标。
  3. 在while循环中，从静态链表头节点开始遍历，找到要删除的节点位置。如果当前节点的下一个节点不是要删除的节点，就继续向下遍历。如果遍历到链表末尾未找到要删除的节点，就输出错误信息并返回。
  4. 在找到要删除的节点后，记录其下标为q，将其从链表中删除。思路是将当前节点p的下一个节点设置为删除节点q的下一个节点，使删除节点q从链表中脱离 注意，此时该节点空间仍未被释放。
  5. 最后，将删除节点所占用的数组位置的used值设置为0，表示该位置已经释放，具有了类似于free的作用。

测试

void appendInsertDeleteTest()
{
	// Step 1:Initialize an empty list
	ListPtr tempList = initLinkedList();
	printList(tempList);

	//Step 2:Add some characters
	insertElement(tempList, 'H', 0);
	insertElement(tempList, 'e', 1);
	insertElement(tempList, 'l', 2);
	insertElement(tempList, 'l', 3);
	insertElement(tempList, 'o', 4);
	printList(tempList);

	//Step 3: Delete some characters(the first occurence).
	printf("Deleting 'e'.\r\n");
	deleteElement(tempList, 'e');
	printf("Deleting 'a'.\r\n");
	deleteElement(tempList, 'a');
	printf("Deleting 'o'.\r\n");
	deleteElement(tempList, 'o');
	printList(tempList);

	insertElement(tempList, 'x', 1);
	printList(tempList);

}// Of appendInsertDeletTest
  1. appendInsertDeleteTest是一个函数，没有参数和返回值。
  2. 在函数中首先创建了一个空链表tempList，并调用了printList函数打印出该链表。
  3. 调用insertElement函数向tempList链表中添加了5个元素（'H'，'e'，'l'，'l'，'o'），然后再次调用printList函数打印出该链表。
  4. 接着通过调用deleteElement函数，删除了3个元素（'e'，'a'，'o'），并输出删除结果。注意，因为该链表中并没有字符’a’，所以无法删除。然后再次调用printList函数打印出该链表。
  5. 调用insertElement函数，在链表的第二个位置插入一个元素’x’，并再次调用printList函数打印出该链表。
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