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数据结构学习笔记(3.线性表之静态链表及柔性数组)

 
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本节知识点:

1.静态链表到底是什么:链表就是链式存储的线性表,但是它分为动态静态两种,所谓动态就是长度不固定,可以根据情况自行扩展大小的,静态链表就是长度大小固定的,链式存储的线性表。
2.本节的静态链表和顺序表很像(其实和数组也很像),准确的来说就是利用顺序表实现的,只是这个顺序表,不是顺序排列的,是通过一个next变量,连接到下一个变量的。
如图:

3.唐老师说静态链表是在一些没有指针的语言中使用的,来实现链表的功能,但是我觉得链表的最大优势就在于它的伸缩,用多少开辟多少。但是静态链表就恰恰失去了这个优势。依我看,学习静态链表的目的是学习它这种类似内存管理的算法思想
4.静态链表中值得学习的思想:就是在初始化链表的时候,把所以空间都标记成为可用-1,每次插入数据的时候,都在标记为可用的空间内挑取,再把-1改成next。当删除变量的时候在把next改成-1,标记为空间可用。
5.其实仔细想想 看看,静态链表只是一个思想,为什么这么说,首先在获取index的时候,你是顺序获取的,这导致你的next也是连续的,所以他其实就变成了一个顺序表。在这里我想到了一个唐老师的问题,为什么node[0]就可以当作头节点,还要再定义一个head变量。唐老师的解答是:顺序获得index的时候每次都要遍历太浪费时间了,所以最好应该在同一块空间再定义一个链表,来保存这些空闲空间,然后这样就需要两个链表的头节点了,所以需要一个head。然后让node[0]一会是空闲链表的链表头节点,一会是真实保存数据的链表的头节点。当插入的时候,只需要在那个空闲链表取空间就可以了,提高了算法的效率。
PS1:对于node[0]我真的想说,其实让node[0]当作头节点的使用真的很方便,比head方便很多,仅仅是个人体会。
PS2:对于两个链表的那个算法,我觉得如果还是顺序在链表中获得index,依然没有解决这个index是有顺序的且顺序是固定的问题。这里的顺序是指的是那个空闲链表的顺序。所以说这仅仅是一个思想。

6.本节最重要的知识点也是最大的难点:对于柔性数组的描述。
对于柔性数组的结构如下:
typedef struct _tag_StaticList  //因为静态链表是基于顺序表改写的  这个就是顺序表中描述顺序表的那个结构 
{
	int capacity;           //静态链表的大小是固定的  这是链表的容量 
	StaticListNode head;    //链表  头节点  
	StaticListNode node[];  //利用柔性数组 创建静态链表 
}StaticList;

然后:给柔性数组开辟空间
StaticList* ret = NULL; 
ret = (StaticList*)malloc( sizeof(StaticList)*1 + sizeof(StaticListNode)*(capacity+1) );
其实柔性数组就是以数组的方式访问内存。对于 StaticList ret这个结构体的大小是不包括StaticLIstNode node[]的,StaticLIstNode node[]是没有大小的,StaticLIstNode node[0]访问的内存是StaticList ret这个结构体后面的第一个内存,StaticLIstNode node[1]访问的内存是StaticList ret这个结构体后面的第二个内存等等。
PS:StaticLIstNode node[]这个结构到底是个什么结构,不好说,不是数组,也不是指针。就把它当作为了柔性数组而产生的结构吧!!!

本节代码:

StaticList.c:
/************************************************************************************************************** 
文件名:StaticList.c
头文件:StaticList.h
时间:2013/08/15
作者:Hao
功能:可以复用的 带有增 删  改 查 的静态链表 
**************************************************************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include <string.h>
#include "StaticList.h"

#define AVAILABLE -1

typedef struct _tag_StaticListNode  //这个是静态链表的结构   用来保存链表元素的 
{
	unsigned int data;   //这个是为了复用  保存数据地址的 
	int next;            //这个是用来保存下一个节点位置的 
}StaticListNode;         

typedef struct _tag_StaticList  //因为静态链表是基于顺序表改写的  这个就是顺序表中描述顺序表的那个结构 
{
	int capacity;           //静态链表的大小是固定的  这是链表的容量 
	StaticListNode head;    //链表  头节点  
	StaticListNode node[];  //利用柔性数组 创建静态链表 
}StaticList;

/************************************************************************************************************** 
函数名 : Creat_StaticList
函数功能:创建一个静态链表使用的空间
具体数据: StaticList这个结构是描述静态链表的结构    StaticListNode这个结构才是真正的静态链表的元素
           每一个静态链表的元素都是由两个部分组成的 一个是数据data(即保存的地址)  另一个是下一个链表
		   元素的位置next    
		   对于StaticList这个结构中的数据是capacity是静态链表的容量 head是链表的头节点
		   node[0]也是头节点 node[]是柔性数据  这里面保存的才是真的链表内容 
参数: int capacity  链表容量  正确范围 0到无穷大  当为0的时候链表中仅仅有一个node[0]头节点 
返回值:StaticList* ret 返回描述静态链表的结构 StaticList的地址   (SList*这个是为了封装)
**************************************************************************************************************/ 
SList* Creat_StaticList(int capacity)
{
	int	i=0; 
	StaticList* ret = NULL; 
	if( capacity >= 0) //参数合法性检测  一定要大于等于0   如果capacity为0 是给node[0]开辟空间  node[0]是链表头节点 
	{
		ret = (StaticList*)malloc( sizeof(StaticList)*1 + sizeof(StaticListNode)*(capacity+1) );
	}
	if(NULL != ret)  //判断malloc是否成功 内存是否分配成功 
	{
		ret -> capacity = capacity; //静态链表的容量 
		ret -> head.data = 0;   //头节点中保存的 链表长度   初始化为0 
		ret -> head.next = 0;   //头节点中保存的  链表下一个节点的位置  初始化为NULL
		for(i=1; i<=capacity; i++)  //把链表中从node[1]开始 到node[capacity]中的next都标志为可用 
		{
			ret -> node[i].next =  AVAILABLE; //这个在插入函数的时候有用 
		} 
		
	}
	return (SList*)ret;
	 
} 

/************************************************************************************************************** 
函数名:Destroy_StaticList
函数功能:释放StaticList结构开辟的内存 
参数:StaticList* Static_List  (SList* Static_List这个是为了 封装)
返回值:void 
**************************************************************************************************************/ 
void Destroy_StaticList(SList* Static_List)
{
	free(Static_List); //释放静态链表创建的内存空间 
}

/**************************************************************************************************************
函数名: Get_Lenth
函数功能:返回静态链表长度
参数:StaticList* Static_List    (SList* List为了封装)
返回值:成功 int Static_List -> head.data 静态链表使用的长度   失败返回 0 
**************************************************************************************************************/
int Get_Lenth(SList* List) 
{
	StaticList* Static_List = (StaticList*)List;
	int ret = 0;
	if(NULL != Static_List)
	{
		ret = Static_List -> head.data; //静态链表的长度 
	}
	return ret;
}

/**************************************************************************************************************
函数名:Get_Capacity
函数功能:返回静态链表的容量
参数:StaticList* Static_List  (SList* List为了封装)
返回值:成功返回 int Static_List -> capacity 静态链表的容量  失败返回 0 
**************************************************************************************************************/
int Get_Capacity(SList* List) 
{
	StaticList* Static_List = (StaticList*)List;
	int ret = 0;
	if(NULL != Static_List)
	{
		ret = Static_List -> capacity; //静态链表的容量 
	}
	return ret;
}

/**************************************************************************************************************
函数名: Clear_StaticList
函数功能:重置静态链表
参数:StaticList* Static_List  (SList* List为了封装)
返回值:成功返回1  失败返回0 
**************************************************************************************************************/
int Clear_StaticList(SList* List)
{
	StaticList* Static_List = (StaticList*)List;
	int i = 0;
	int ret = 0;
	if(NULL != Static_List)
	{
		Static_List -> head.data = 0;
		Static_List -> head.next = 0;
		for(i=1; i<=Static_List -> capacity; i++)  
		{
			Static_List -> node[i].next =  AVAILABLE;  
		} 
		ret = 1;
	} 
	return ret;
}

/**************************************************************************************************************
函数名: Add_StaticList
函数功能: 在链表中的pos位置处插入一个链表元素   pos的规则跟上节单链表的规则一样 0和1为头插法  无穷大为尾插法
           node[0]是链表头节点  其实是head的一个中间变量  使用node[0]真的很方便 此处记得更新头节点
参数:SList* List 要插入的链表地址    SListNode* Node要插入的数据地址   int pos插入的位置 
返回值:返回1说明插入成功  返回0说明插入失败 
**************************************************************************************************************/
int Add_StaticList(SList* List, SListNode* Node, int pos)
{
	StaticList* Static_List = (StaticList*)List;
	StaticListNode*  node =  (StaticListNode*)Node;
	int ret = 0;
	int num = 0;
	int index = 0;
	int i = 0;
	ret = (NULL != Static_List)&&(NULL != node);
	ret = ret&&(Static_List->head.data+1 <= Static_List->capacity)&&(pos >= 0); 
	
	if(ret)  //参数合法性检测成功 
	{
		for(i=1; i<=Static_List->capacity; i++) //轮询获得可用的位置index 
		{
			if(-1 == Static_List->node[i].next)
			{
				index = i;
				break;
			}
		}
		Static_List->node[index].data = (unsigned int)node; //保存链表中的数据 
		Static_List->node[0] = Static_List->head;  //此时node[0]变成了链表头节点 

		for(i=1; (i < pos)&&(0 != Static_List->node[num].next); i++)
		{
			num =  Static_List->node[num].next;
		}
		Static_List->node[index].next = Static_List->node[num].next;
		Static_List->node[num].next = index;
		
		Static_List->node[0].data++;
		Static_List->head = Static_List->node[0];//更新链表头节点 
	}
	return ret; 
} 


/**************************************************************************************************************
函数名: Get_StaticListNode
函数功能:获得pos位置处的数据  pos的规则跟单向链表一样
          范围是 0  到   head->data  0是头节点
参数:  SList* List 要插入的链表地址     int pos插入的位置 
返回值: 成功返回pos位置处的数据  失败返回NULL 
**************************************************************************************************************/
SListNode* Get_StaticListNode(SList* List, int pos)
{
	SListNode* ret = NULL;
	int i = 0;
	int num = 0;
	StaticList* Static_List = (StaticList*)List; 
	if( (NULL != Static_List) && (pos <= Static_List->head.data) && (pos >= 0) )
	{
		Static_List->node[0] = Static_List->head; 
		for(i=0; i<pos; i++)
		{
			num = Static_List->node[num].next;
		}
		ret = (SListNode*)Static_List->node[num].data; 
	}
	return ret;
} 


/**************************************************************************************************************
函数名: Del_StaticListNode
函数功能:删除pos位置处的数据  pos的规则跟单向链表一样
          范围是 1  到   head->data  0是头节点 不能删除
参数: SList* List 要插入的链表地址     int pos删除的位置
返回值:成功返回 pos位置的数据 (目的在于:因为此数据一般是数据的地址  便于释放内存)    失败返回NULL 
**************************************************************************************************************/
SListNode* Del_StaticListNode(SList* List, int pos)
{
	SListNode* ret = NULL;
	int i = 0;
	int num = 0;
	int temp = 0; 
	StaticList* Static_List = (StaticList*)List; 
	if( (NULL != Static_List) && (pos <= Static_List->head.data) && (pos > 0) )
	{
		Static_List->node[0] = Static_List->head; 
		for(i=1; i<pos; i++)//得找到要删除的那个节点的上一个 
		{
			num = Static_List->node[num].next;
		}
		temp = Static_List->node[num].next;
		Static_List->node[num].next = Static_List->node[temp].next;
		
		Static_List->node[0].data--;
		Static_List->head = Static_List->node[0]; //更新链表头节点 
		
		Static_List->node[temp].next = AVAILABLE; //把删除的节点标志为可用节点 
		
		ret = (SListNode*)Static_List->node[temp].data;  
	}
	return ret;
	
}










StaticList.h:
#ifndef __STATICLIST_H__
#define __STATICLIST_H__ 

typedef void SList;
typedef void SListNode;

SList* Creat_StaticList(int capacity);
void Destroy_StaticList(SList* Static_List);
int Get_Lenth(SList* List);
int Get_Capacity(SList* List);
int Clear_StaticList(SList* List);
int Add_StaticList(SList* List, SListNode* Node, int pos);
SListNode* Get_StaticListNode(SList* List, int pos);
SListNode* Del_StaticListNode(SList* List, int pos);

#endif

main.c:
#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include <string.h>
#include "StaticList.h"

int main()
{
	SList* list = Creat_StaticList(10);
	int *f = 0;
	int i = 0;
	int a = 1;
	int b = 2;
	int c = 3;
	int d = 4;
	int e = 5;
	
	Add_StaticList(list, &a, 0);
	Add_StaticList(list, &b, 0);
	Add_StaticList(list, &c, 0);
	Add_StaticList(list, &d, 0);
	
	for(i=1; i<=Get_Lenth(list); i++)
	{
		f=(int* )Get_StaticListNode(list, i);
		printf("%d\n",*f);
	}
	 
	Add_StaticList(list, &e, 2);
	printf("\n");
	for(i=1; i<=Get_Lenth(list); i++)
	{
		f=(int* )Get_StaticListNode(list, i);
		printf("%d\n",*f);
	} 
	
	printf("\n");
	f=(int* )Del_StaticListNode(list, 4);
	printf("del %d\n",*f);
	printf("\n");
	for(i=1; i<=Get_Lenth(list); i++)
	{
		f=(int* )Get_StaticListNode(list, i);
		printf("%d\n",*f);
	} 
	Destroy_StaticList(list);
	return 0;
}


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