C语言实现静态链表的方法

所属分类: 软件编程 / C 语言 阅读数: 150
收藏 0 赞 0 分享

在动手之前我一直以为静态链表和动态链表没有什么差别,细细一想才发现,原来静态链表之中隐藏着一个非常值得讨论的话题——内存管理。

静态链表的“静态”二字是指内存的来源为静态内存(通常用全局数组)。与动态链表不同,在静态链表中节点内存的申请与释放都需要自行维护,由于这里是链表,也很容易想到将空余的节点链接起来形成一个free_list,每次需要时从free_list头部取出一个节点,释放时再将节点加到头部,这样就能够非常容易的实现链表的其他操作。

复制代码 代码如下:

// 静态链表 的实现
 #include <stdio.h>

 #define MAXN 16 // capacity of list.
 typedef int element; // element type.

 // define boolean type:
 typedef int bool;
 #define true -1
 #define false 0

 #define NPTR -1 // null pointer definition. can not between 0 to MAXN-1.
 typedef int pointer;

 #define DEBUGVAL(x) printf("%s: %d\n", #x, (x)); // a macro for debug.

 struct __node
 {
     element data;
     pointer next;
 }SLList[MAXN];
 pointer ifree, idata;

 #define nextof(p) SLList[p].next
 #define dataof(p) SLList[p].data

 #define _alloc(d) ifree; dataof(ifree)=(d); ifree != NPTR ? ifree=nextof(ifree) : NPTR
 #define _free(p)  nextof(p)=ifree; ifree = p

 void init()
 {
     int i;
     ifree = 0;
     idata = NPTR;
     for( i=0; i < MAXN-1; i++)
         nextof(i) = i+1;
     nextof(i) = NPTR;
 }

 // clear all nodes.
 void clear() { init(); }

 // push val to front.
 bool push_front(element val)
 {
     pointer tmp, np;
     if( ifree != NPTR ) {
         np = _alloc(val);
         nextof(np) = idata;
         idata = np;
         return true;
     }
     return false;
 }

 // push val to end of list.
 bool push_back(element val)
 {
     if( idata == NPTR ) { // 空表,直接写入
         idata = _alloc(val);
         nextof(idata) = NPTR;
         return true;
     }
     if( ifree != NPTR ) { // 非空,先找到最后一个节点
         pointer last = idata, np;
         while( nextof(last) != NPTR ) last = nextof(last);       
         np = _alloc(val);
         nextof(np) = NPTR;
         nextof(last) = np;
         return true;
     }
     return false;
 }

 // insert val to after p pointed node.
 bool insert_after(pointer p, element val)
 {
     if( ifree != NPTR && p != NPTR ) {
         pointer pn = _alloc(val);
         nextof(pn) = nextof(p);
         nextof(p)  = pn;       
         return true;
     }
     return false;
 }

 // insert to the position in front of p.
 bool insert(pointer ptr, element val)
 {
     if( ifree == NPTR ) return false;  // 没有结点,直接返回
     if( ptr == idata ) { // 有一个节点
         pointer np = _alloc(val);
         nextof(np) = idata;
         idata = np;   
         return true;
     }
     else { // 其他情况,先找 ptr 的前驱,再插入
         pointer p = idata;
         while(  p != NPTR ) {
             if( nextof(p) == ptr ) { // find p -- the prev node of ptr.
                 return insert_after(p, val); // insert val after p.           
             }
            p = nextof(p);
         }
     }
     return false;
 }

 // find element, return the prev node pointer.
 pointer find_prev(element val)
 {
     pointer p = idata;
     while(  p != NPTR ) {
         if( dataof( nextof(p) ) == val )
             return p;
         p = nextof(p);
     }
     return NPTR;
 }

 // find element, return the node  pointer.
 pointer find(element val)
 {
     pointer p = idata;
     while(  p != NPTR ) {
         if( dataof(p) == val ) return p;
         p = nextof(p);
     }
     return NPTR;
 }

 // pop front element.
 void pop_front()
 {
     if( idata != NPTR ) { // 将 data list 最前面的节点 移到 free list 上
 #if 0
         pointer p = idata;       
         idata = nextof(idata); // idata = nextof(idata);
         nextof(p) = ifree;  // SLList[p].next = ifree;
         ifree = p;
 #else
         pointer p = idata;
         idata = nextof(idata);
         _free(p);
 #endif
     }
 }

 // pop back element.
 void pop_back()
 {
     if( idata == NPTR ) return;
     if( nextof(idata) == NPTR ) { // only 1 node.
         nextof(idata) = ifree;
         ifree = idata;
         idata = NPTR;
     }
     else { // 找到最后一个节点 p,以及它的前驱 q.
         // TODO: find the last node p, and it's perv node q.
         pointer p = idata, q;
         while( nextof(p) != NPTR ) {
             q = p;
             p = nextof( p );
         }
         // remove *p to free list, update nextof(q) to NPTR.
         nextof(p) = ifree;
         ifree = p;
         nextof(q) = NPTR;
     }
 }

 void show()
 {
     pointer p = idata;
     for( ; p != NPTR; p = nextof(p) ) {
         printf(" %3d ", dataof(p) );
     }
     printf("\n");
 }

 #define INFOSHOW
 void info()
 {
 #ifdef INFOSHOW
     int i;   
     DEBUGVAL(ifree);
     DEBUGVAL(idata);
     puts("====================\n"
         "index\tdata\tnext\n"
         "--------------------");
     for(i=0; i<MAXN; i++) {
         printf("%d\t%d\t%d\n", i, SLList[i].data, SLList[i].next);
     }
     puts("====================\n");
 #endif
 }

 /*
     测试程序:
 */
 int main()
 {
     int i;
     init();

 #if 1  // push_front test:
     puts("push_front test:");
     for(i=0; i<MAXN+2; i++)    {
         push_front(2*i+1);
         show();   
     }

     puts("pop_front test:");
     for(i=0; i<MAXN+2; i++)    {
         pop_front();
         show();
     }
 #endif

 #if 1 // push_back test:
     puts("push_back test:");
     for(i=0; i<MAXN+2; i++)    {
         push_back((i+1)*10);
         show();   
     }

     puts("pop_back test:");
     for(i=0; i<MAXN+1; i++)
     {
         pop_back();
         show();
     }
 #endif

 #if 1 // insert test:
     puts("insert test:");
     for(i=0; i<MAXN+2; i++)
     {
         insert(idata, (i+1)*10);
         show();
     }
     puts("clear...\n");
     clear();
 #endif

 #if 1 // insert_after test:
     puts("insert_after test:");
     push_back(-99);
     for(i=0; i<MAXN+1; i++) {
         insert_after(idata, i+1);
         show();
     }
     puts("clear...\n");
     clear();
 #endif

 #if 1 // find test:
     puts("find test:");
     for(i=0; i<MAXN/2; i++) {
         push_front(MAXN-i);
         push_back(MAXN/2-i);
         //show();
     }
     show();
     info();
     for(i=0; i<MAXN; i++) {
         int val = rand()%(2*MAXN);
         pointer p = find(val);
         if( p != NPTR )
             printf("%3d %3d found at %d\n", val, dataof(p), p);
         else
             printf("%3d not found\n", val);
     }
 #endif

 #if 1
     puts("\nfind_prev test:");
     for(i=0; i<MAXN; i++) {
         int val = rand()%(2*MAXN);
         pointer p = find_prev(val);
         if( p != NPTR )
             printf("%3d %3d found at %d's next.\n", val, dataof(nextof(p)), p);
         else
             printf("%3d not found\n", val);
     }
 #endif

 #if 1 // find_prev and insert_after test:
     clear();
     puts("\nfind_prev and insert_after test:");
     for(i=0; i<MAXN/2; i++)    {
         push_front(MAXN/2-i);
     }
     show();
     for(i=0; i<MAXN/2; i++) {
         int val = rand()%(2*MAXN), n=-(i+1);
         pointer p = find_prev(val);
         if( p != NPTR ) {
             printf("insert %d to front of %d:", n, val);
             insert_after(p, n);
             show();
         }
     }   
 #endif   

 #if 1 // find and insert test:
     clear();
     puts("\nfind and insert test:");
     for(i=0; i<MAXN/2; i++)    {
         push_front(MAXN/2-i);
     }
     show();
         for(i=0; i<MAXN/2; i++) {
         int val = rand()%MAXN, n=-(i+1);
         pointer p = find(val);
         if( p != NPTR ) {
             printf("insert %d to after of %d:", n, val);
             insert_after(p, n);
             show();
         }
     }
 #endif

     puts("end of main().");   
     return 0;
 }

 //

测试结果如下:


复制代码 代码如下:

push_front test:
    1
    3    1
    5    3    1
    7    5    3    1
    9    7    5    3    1
   11    9    7    5    3    1
   13   11    9    7    5    3    1
   15   13   11    9    7    5    3    1
   17   15   13   11    9    7    5    3    1
   19   17   15   13   11    9    7    5    3    1
   21   19   17   15   13   11    9    7    5    3    1
   23   21   19   17   15   13   11    9    7    5    3    1
   25   23   21   19   17   15   13   11    9    7    5    3    1
   27   25   23   21   19   17   15   13   11    9    7    5    3    1
   29   27   25   23   21   19   17   15   13   11    9    7    5    3    1
   29   27   25   23   21   19   17   15   13   11    9    7    5    3    1
   29   27   25   23   21   19   17   15   13   11    9    7    5    3    1
pop_front test:
   27   25   23   21   19   17   15   13   11    9    7    5    3    1
   25   23   21   19   17   15   13   11    9    7    5    3    1
   23   21   19   17   15   13   11    9    7    5    3    1
   21   19   17   15   13   11    9    7    5    3    1
   19   17   15   13   11    9    7    5    3    1
   17   15   13   11    9    7    5    3    1
   15   13   11    9    7    5    3    1
   13   11    9    7    5    3    1
   11    9    7    5    3    1
    9    7    5    3    1
    7    5    3    1
    5    3    1
    3    1
    1
 

 

push_back test:

   20
   20   30
   20   30   40
   20   30   40   50
   20   30   40   50   60
   20   30   40   50   60   70
   20   30   40   50   60   70   80
   20   30   40   50   60   70   80   90
   20   30   40   50   60   70   80   90  100
   20   30   40   50   60   70   80   90  100  110
   20   30   40   50   60   70   80   90  100  110  120
   20   30   40   50   60   70   80   90  100  110  120  130
   20   30   40   50   60   70   80   90  100  110  120  130  140
   20   30   40   50   60   70   80   90  100  110  120  130  140  150
   20   30   40   50   60   70   80   90  100  110  120  130  140  150  160
   20   30   40   50   60   70   80   90  100  110  120  130  140  150  160
   20   30   40   50   60   70   80   90  100  110  120  130  140  150  160
pop_back test:
   20   30   40   50   60   70   80   90  100  110  120  130  140  150
   20   30   40   50   60   70   80   90  100  110  120  130  140
   20   30   40   50   60   70   80   90  100  110  120  130
   20   30   40   50   60   70   80   90  100  110  120
   20   30   40   50   60   70   80   90  100  110
   20   30   40   50   60   70   80   90  100
   20   30   40   50   60   70   80   90
   20   30   40   50   60   70   80
   20   30   40   50   60   70
   20   30   40   50   60
   20   30   40   50
   20   30   40
   20   30
   20
 


insert test:

   10
   20   10
   30   20   10
   40   30   20   10
   50   40   30   20   10
   60   50   40   30   20   10
   70   60   50   40   30   20   10
   80   70   60   50   40   30   20   10
   90   80   70   60   50   40   30   20   10
  100   90   80   70   60   50   40   30   20   10
  110  100   90   80   70   60   50   40   30   20   10
  120  110  100   90   80   70   60   50   40   30   20   10
  130  120  110  100   90   80   70   60   50   40   30   20   10
  140  130  120  110  100   90   80   70   60   50   40   30   20   10
  150  140  130  120  110  100   90   80   70   60   50   40   30   20   10
  150  140  130  120  110  100   90   80   70   60   50   40   30   20   10
  150  140  130  120  110  100   90   80   70   60   50   40   30   20   10
clear...

insert_after test:
 -99    1
 -99    2    1
 -99    3    2    1
 -99    4    3    2    1
 -99    5    4    3    2    1
 -99    6    5    4    3    2    1
 -99    7    6    5    4    3    2    1
 -99    8    7    6    5    4    3    2    1
 -99    9    8    7    6    5    4    3    2    1
 -99   10    9    8    7    6    5    4    3    2    1
 -99   11   10    9    8    7    6    5    4    3    2    1
 -99   12   11   10    9    8    7    6    5    4    3    2    1
 -99   13   12   11   10    9    8    7    6    5    4    3    2    1
 -99   14   13   12   11   10    9    8    7    6    5    4    3    2    1
 -99   15   14   13   12   11   10    9    8    7    6    5    4    3    2    1
 -99   15   14   13   12   11   10    9    8    7    6    5    4    3    2    1
 -99   15   14   13   12   11   10    9    8    7    6    5    4    3    2    1
clear...

find test:
   10   11   12   13   14   15   16    8    7    6    5    4    3    2    1
ifree: -1
idata: 14
====================
index    data    next
--------------------
    16    1
    8    3
    15    0
    7    5
    14    2
    6    7
    13    4
    5    9
    12    6
    4    11
    11    8
    3    13
    10    10
    2    15
    9    12
    1    -1
====================
   9 found at 14
   3 found at 11
 not found
   4 found at 9
   1 found at 15
  12 found at 8
 not found
  14 found at 4
 not found
  16 found at 0
   9 found at 14
 not found
 not found
 not found
   9 found at 14
  11 found at 10

find_prev test:
 not found
   6 found at 3's next.
 not found
 not found
   7 found at 1's next.
  12 found at 10's next.
 not found
 not found
   4 found at 7's next.
 not found
  13 found at 8's next.
 not found
   6 found at 3's next.
 not found
   7 found at 1's next.
 not found

find_prev and insert_after test:
    2    3    4    5    6    7    8
insert -4 to front of 8:   1    2    3    4    5    6    7   -4    8
insert -5 to front of 3:   1    2   -5    3    4    5    6    7   -4    8
insert -8 to front of 6:   1    2   -5    3    4    5   -8    6    7   -4    8

find and insert test:
    2    3    4    5    6    7    8
insert -2 to after of 3:   1    2    3   -2    4    5    6    7    8
insert -6 to after of 8:   1    2    3   -2    4    5    6    7    8   -6
insert -7 to after of 5:   1    2    3   -2    4    5   -7    6    7    8   -6
end of main().

更多精彩内容其他人还在看

用标准c++实现string与各种类型之间的转换

这个类在头文件中定义, < sstream>库定义了三种类:istringstream、ostringstream和stringstream,分别用来进行流的输入、输出和输入输出操作。另外,每个类都有一个对应的宽字符集版本
收藏 0 赞 0 分享

C++如何通过ostringstream实现任意类型转string

再使用整型转string的时候感觉有点棘手,因为itoa不是标准C里面的,而且即便是有itoa,其他类型转string不是很方便。后来去网上找了一下,发现有一个好方法
收藏 0 赞 0 分享

C/C++指针小结

要搞清一个指针需要搞清指针的四方面的内容:指针的类型,指针所指向的类型,指针的值或者叫指针所指向的内存区,还有指针本身所占据的内存区
收藏 0 赞 0 分享

C++ 类的静态成员深入解析

在C++中类的静态成员变量和静态成员函数是个容易出错的地方,本文先通过几个例子来总结静态成员变量和成员函数使用规则,再给出一个实例来加深印象
收藏 0 赞 0 分享

C++类的静态成员初始化详细讲解

通常静态数据成员在类声明中声明,在包含类方法的文件中初始化.初始化时使用作用域操作符来指出静态成员所属的类.但如果静态成员是整型或是枚举型const,则可以在类声明中初始化
收藏 0 赞 0 分享

C++类静态成员与类静态成员函数详解

静态成员不可在类体内进行赋值,因为它是被所有该类的对象所共享的。你在一个对象里给它赋值,其他对象里的该成员也会发生变化。为了避免混乱,所以不可在类体内进行赋值
收藏 0 赞 0 分享

C++中的friend友元函数详细解析

友元可以是一个函数,该函数被称为友元函数;友元也可以是一个类,该类被称为友元类。友元函数的特点是能够访问类中的私有成员的非成员函数。友元函数从语法上看,它与普通函数一样,即在定义上和调用上与普通函数一样
收藏 0 赞 0 分享

static全局变量与普通的全局变量的区别详细解析

以下是对static全局变量与普通的全局变量的区别进行了详细的分析介绍,需要的朋友可以过来参考下,希望对大家有所帮助
收藏 0 赞 0 分享

C++ explicit关键字的应用方法详细讲解

C++ explicit关键字用来修饰类的构造函数,表明该构造函数是显式的,既然有"显式"那么必然就有"隐式",那么什么是显示而什么又是隐式的呢?下面就让我们一起来看看这方面的知识吧
收藏 0 赞 0 分享

教你5分钟轻松搞定内存字节对齐

随便google一下,人家就可以跟你解释的,一大堆的道理,我们没怎么多时间,讨论为何要对齐.直入主题,怎么判断内存对齐规则,sizeof的结果怎么来的,请牢记以下3条原则
收藏 0 赞 0 分享
查看更多