数据结构（3）线性表之静态链表

最新推荐文章于 2022-04-05 22:20:20 发布

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#静态链表 #线性表

本文介绍了静态链表的概念，它是用数组描述的链表，预先分配固定空间。静态链表在初始化时需要设定数组长度，并通过数组下标实现链式访问。文章详细讲解了静态链表的初始化、插入（包括头部、尾部和按位置插入）和删除操作，并提供了相关代码示例。

数据结构（3）线性表之静态链表

前言

静态链表，就是用数组描述的链表。静态链表在初始化时要确定数组的长度，所以需要预先分配空间，其空间大小一般是静态的，故名静态链表(这一点同之前所说的顺序表相似)。先前所说的单链表，是在创建和插入时调用malloc函数来申请空间，其空间大小是动态分配的，所以属于动态链表。

用数组表示线性表

数组下标在某种意义上可以看作是地址，在一些没有指针的语言中(例如Basic、Fortran)，就能利用数组下标达到访问某个内存空间的效果，继而可以实现链式表示。(实际上，利用数组下标同样可以实现顺序表示）

顺序表示

用数组来实现顺序表示非常简单，只需要把数据存入数组中即可。我们之前所写的顺序表类似于自己实现了数组的相关操作。

链式表示

用数组来实现链式表示，则数组中需要存储的是一个结构体，与链表相似，结构体由两个部分组成：一个保存数据的数据域和一个指向后继结点的指针域。只不过在数组中，这个指针域并不存放后继结点的地址，而是存放后继结点所在位置的下标。

静态链表的具体设计

采用有头结点的结构，则数组第一位为头结点，数据域不储存数据，cur存放首元结点的下标
链表进行插入时，仍需申请空间，但是不再从整个内存中申请空间，而是从数组中申请空间(称未被使用的数组部分为备用链表)，因此还需要一个结点来存储备用链表第一个结点的下标。

静态链表的初始化

先前说，在插入链表时需要从pool中去申请空间，就是通过pool结点的cur值得到备用链表第一个结点的下标。那么pool结点如何知道备用链表从哪里开始呢？根据我们设计的结构，可以知道我们是从下标为2的地方开始存储数据，第一个方法是利用一个变量index来记录，初始值为2，每申请一个空间index便加1，当index值大于数组的大小时，说明已经没有多余空间了，申请失败。

第二个方法是，除头结点外，设置每个结点的cur值为它后一个位置的下标（pool也不例外，这样相当于初始化pool的cur为2）。这样在申请结点空间时，将pool的cur所指的结点拿来存放数据，再把该结点的cur值交给pool。相当于从备用链表中取出一个结点，再将下一个结点拿来备用。这样做要特别标识数组最后一位的cur值，以免越界。

这里我采用的是第二种方法，因此初始化链表主要包括三个部分的内容

设置头结点的cur值
初始化除头结点外的结点的cur值

设置数组最后一位的cur值

void InitSList(StaticList space){
     
     
    //初始化除头结点外的结点的cur值
    for (int i = 1; i < MAX_SIZE; i ++) {
     
     
        space[i].cur = i+1;
    }
    //设置数组最后一位的cur值
    space[MAX_SIZE-1].cur = 0;
    //设置头结点的cur值
    space[0].cur = -1;
}

静态链表的插入

静态链表的插入操作主要分为两个部分

从备用链表处申请结点
将数据存入申请来的结点中、设置有关cur值

但是，插入有多种方式：头部插入、尾部插入、按位置插入、按值插入……要实现不同的插入方式，和cur值的设置有关，和申请结点无关；如果要实现多个插入方式，这个操作无疑是重复了。所以为了效率起见，我们可以把它单独作为一个方法，这样在实现不同插入时就只需要调用函数获得结点即可。

Malloc_SL方法从备用链表中申请空间

int Malloc_SL(StaticList space){
   
   
    
    //获得备用链表第一个结点的下标
    int i = space[1].cur;
    
    if (space[1].cur != 0) {
   
   
        //还有备用空间，取得备用空间
        space[1].cur = space[i].cur;
    }
    //将下标返回
    return i;
}

头部插入

通过head处的cur值找到链表第一个结点，设置新生成结点的cur值为第一个结点的下标，再设置head处的cur值为新结点的下标

注：用-1表示到达链表尾部

尾部插入

除第一次插入外，head处的cur值不用变，且新生成结点的cur值都为-1，只需要找到原有链表的最后一个结点，再修改该结点的cur值为新生成的结点即可

按位置插入

回顾一下我们在数组中按位置插入的方法：找到要插入的位置，将从该位置起所有元素往后移一位(假设没有越界)，再将数据保存到要插入的位置上。

按理来说，静态链表是用数组实现的，应该也可以使用这个方式。但是，我们设计的结构里用游标(cur)来控制链表的逻辑顺序，数据实际在数组中的存放顺序可能是不同的。因此要挪动数据，不能像数组中一样简单地倒序遍历、存值，而是需要像链表一样一个个去找位置。由于我们使用的还是单向链表，这样的遍历就更为困难了。

好消息是，也正由于游标的存在，可以通过修改cur值来修改链表的逻辑结构，不需要移动大量的数据。这也是链表的普遍优点：在插入、删除时十分方便

静态链表的删除

静态链表的删除也分为两个部分

修改cur的指向
将被删除的结点回收到pool中

与插入类似，回收结点的操作也可以单独用一个函数来完成。这里只写了头部删除的操作。

注

在编程实现时，不同资料里对函数参数的书写有所不同

void InitSList0(StaticList space);
void InitSList1(ListNode *space);

void InitSList2(StaticList &space);

常见的是 InitSList0 和 InitSlist2 这样的写法。我们对链表本身进行修改，所需要的是链表的地址，InitSList0 是将数组作为函数参数传递，实际上就是把数组的首地址(第一个元素的地址)传了过来，它本身是一个ListNode类型的地址，因此使用 InitSList1 这样的写法也同样可行。以上两种写法中，space都只是用于接收的形参名。

而 InitSlist2 这样的写法，传递的是数组的引用，相当于给数组起了一个别名space，无论是操作别名space还是操作数组本身的名字，实际上操作的是同一片空间的内容，所以达到的效果是一致的。

两者的区别可能在传递数组时不太明显，那么可以看下面的例子

要注意的一点是，C语言中并没有“引用”这一概念，这是C++才有的概念，如果按 InitSlist2 的方式书写并且能运行说明使用的是C++的编译器。