第八课，线性表的链式存储结构

专题二：初探门径。包括以下章节：

1. 线性表的本质
2. 线性表的相关操作
3. 线性表的顺序存储结构
4. 线性表的链式存储结构

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思考

顺序表的最大问题是插入和删除需要移动大量的元素！

链式存储结构

1. 链式存储定义
   
   • 为了表示每个数据元素与其直接后继元素之间的逻辑关系，每个元素除了存储本身的信息外，还需要存储指示其直接后继的信息。
     
2. 链式存储逻辑结构
   
   • n个结点链接成一个链式线性表的结构叫做链表，当每个结点中只包含一个指针域时，叫做单链表。
     

链表的基本概念

1. 表头结点
   
   • 链表中的第一个结点，包含指向第一个数据元素的指针以及链表自身的一些信息
2. 数据结点
   
   • 链表中代表数据元素的结点，包含指向下一个数据元素的指针和数据元素的信息
3. 尾结点
   
   • 链表中的最后一个数据结点，其下一元素指针为空，表示无后继

链式存储结构

1. 在C语言中可以用结构体来定义链表中的指针域
2. 链表中的表头结点也可以用结构体实现

结点指针域定义

typedef struct _tag_LinkListNode LinkListNode;struct _tag_LinkListNode{    ListListNode* next;}

头结点定义

typedef struct _tag_LinkList{    LinkListNode header;    int length;}TListList;

数据元素定义

struct Value{    LinkListNode header;    int v;}

3. 获取第pos个元素操作
- 判断线性表是否合法
- 判断位置是否合法
- 由表头开始通过next指针移动pos次后，当前元素的next指针即指向要获取的元素

LinkListNode* current = (LinkListNode*)list;for(i=0;i<pos;i++){    current = current->next;}ret = current->next;

4. 插入元素操作
- 判断线性表是否合法
- 判断插入位置是否合法
- 由表头开始通过next指针移动pos次后，当前元素的next指针即指向要插入的位置
- 将新元素插入
- 线性表长度加1

LinkListNode* current = (LinkListNode*)list;for(i=0;(i<pos)&&(current->next!=NULL);i++){    current = current->next;}node->next = current->next;current->next = node;sList->length++;

5. 删除元素操作
- 判断线性表是否合法
- 判断删除位置是否合法
- 获取第pos个元素
- 将第pos个元素从链表中删除
- 线性表长度减1

TLinkList* sList = (TLinkList*)list;LinkListNode* ret = NULL;int i = 0;if((sList!=NULL) && (0<=pos) && (pos<sList->length)){    LinkListNode* current = (LinkListNode*)list;    for(i=0;i<pos;i++)    {        current = current->next;    }    ret = current->next;    current->next = ret->next;    sList->length--;}

小结

1. 优点：
   
   • 无需一次性定制链表的容量
   • 插入和删除操作无需移动数据元素
2. 缺点：
   
   • 数据元素必须保存后继元素的位置信息
   • 获取指定数据的元素操作需要顺序访问之前的元素

创建可复用单链表

LinkList.h

#ifndef _LINKLIST_H_#define _LINKLIST_H_typedef void LinkList;typedef struct _tag_LinkListNode LinkListNode;struct _tag_LinkListNode{    LinkListNode* next;};LinkList* LinkList_Create();void LinkList_Destroy(LinkList* list);void LinkList_Clear(LinkList* list);int LinkList_Length(LinkList* list);int LinkList_Insert(LinkList* list, LinkListNode* node, int pos);LinkListNode* LinkList_Get(LinkList* list, int pos);LinkListNode* LinkList_Delete(LinkList* list, int pos);#endif

LinkList.c

#include <stdio.h>#include <malloc.h>#include "LinkList.h"typedef struct _tag_LinkList{    LinkListNode header;    int length;} TLinkList;LinkList* LinkList_Create() // O(1){    TLinkList* ret = (TLinkList*)malloc(sizeof(TLinkList));    if( ret != NULL )    {        ret->length = 0;        ret->header.next = NULL;    }    return ret;}void LinkList_Destroy(LinkList* list) // O(1){    free(list);}void LinkList_Clear(LinkList* list) // O(1){    TLinkList* sList = (TLinkList*)list;    if( sList != NULL )    {        sList->length = 0;        sList->header.next = NULL;    }}int LinkList_Length(LinkList* list) // O(1){    TLinkList* sList = (TLinkList*)list;    int ret = -1;    if( sList != NULL )    {        ret = sList->length;    }    return ret;}int LinkList_Insert(LinkList* list, LinkListNode* node, int pos) // O(n){     TLinkList* sList = (TLinkList*)list;    int ret = (sList != NULL) && (pos >= 0) && (node != NULL);    int i = 0;    if( ret )    {        LinkListNode* current = (LinkListNode*)sList;        for(i=0; (i<pos) && (current->next != NULL); i++)        {            current = current->next;        }        node->next = current->next;        current->next = node;        sList->length++;    }    return ret;}LinkListNode* LinkList_Get(LinkList* list, int pos) // O(n){    TLinkList* sList = (TLinkList*)list;    LinkListNode* ret = NULL;    int i = 0;    if( (sList != NULL) && (0 <= pos) && (pos < sList->length) )    {        LinkListNode* current = (LinkListNode*)sList;        for(i=0; i<pos; i++)        {            current = current->next;        }        ret = current->next;    }    return ret;}LinkListNode* LinkList_Delete(LinkList* list, int pos) // O(n){    TLinkList* sList = (TLinkList*)list;    LinkListNode* ret = NULL;    int i = 0;    if( (sList != NULL) && (0 <= pos) && (pos < sList->length) )    {        LinkListNode* current = (LinkListNode*)sList;        for(i=0; i<pos; i++)        {            current = current->next;        }        ret = current->next;        current->next = ret->next;        sList->length--;    }    return ret;}

main.c

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include "LinkList.h"/* run this program using the console pauser or add your own getch, system("pause") or input loop */struct Value{    LinkListNode header;    int v;};int main(int argc, char *argv[]) {    int i = 0;    LinkList* list = LinkList_Create();    struct Value v1;    struct Value v2;    struct Value v3;    struct Value v4;    struct Value v5;    v1.v = 1;    v2.v = 2;    v3.v = 3;    v4.v = 4;    v5.v = 5;    LinkList_Insert(list, (LinkListNode*)&v1, LinkList_Length(list));    LinkList_Insert(list, (LinkListNode*)&v2, LinkList_Length(list));    LinkList_Insert(list, (LinkListNode*)&v3, LinkList_Length(list));    LinkList_Insert(list, (LinkListNode*)&v4, LinkList_Length(list));    LinkList_Insert(list, (LinkListNode*)&v5, LinkList_Length(list));    for(i=0; i<LinkList_Length(list); i++)    {        struct Value* pv = (struct Value*)LinkList_Get(list, i);        printf("%d\n", pv->v);    }    while( LinkList_Length(list) > 0 )    {        struct Value* pv = (struct Value*)LinkList_Delete(list, 0);        printf("%d\n", pv->v);    }    LinkList_Destroy(list);    return 0;}