数据结构4.进一步封装的双向链表
来源:互联网 发布:山东半岛城市群知乎 编辑:程序博客网 时间:2024/05/20 18:00
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引言
在前面,我们已经对数据结构中的双向链表进行了阐述,在这一节,我们将会对双向链表进行更深层次的封装。在C++的STL中。或者在java中,都会有一个概念叫做迭代器。迭代器提供对一个容器中的有范围的对象的访问。迭代器就如同一个指针。这一节我们可以迭代器封装链表使用户接触不到底层数据结构,保证安全访问。以及将我们常用到的函数封装在tools.h当中,使程序模块化,碎片化,冗余性低,便于提升和增加新功能。
一、双向链表定义
与上一节基本相同:
双向链表定义
#ifndef _DLIST_H_#define _DLIST_H_#include "iterator.h" // 这里我们增加了一个iterator迭代器的头文件#define TRUE (1)#define FALSE (0)#define ZERO (0)#define ONLY_ONE (1)typedef unsigned char Boolean ; // 布尔类型typedef void (*Print_func)(void *value); // 打印的函数指针void print_int(void *data);typedef struct Dlist_node{ struct Dlist_node *prev; struct Dlist_node *next; // 指向后一个节点 void *data;}Dlist_node;typedef struct Dlist Dlist;//通用链表控制信息typedef struct Dlist{ struct Dlist_node *head; //指向头结点 struct Dlist_node *tail; //指向尾节点 int count; //这是一个指向某个需要被释放的数据域的函数指针 void (*free)(void *ptr); //比较节点数据域 函数指针 Boolean (*match)(void *value1, void *value2); //拷贝节点数据域 函数指针 void *(*copy_node)(void *value); // 迭代器接口: //指向链表头部 void *(*iter_head)(Iterator *iter, Dlist *dlist); //指向链表尾部 void *(*iter_tail)(Iterator *iter, Dlist *dlist); //指向前一个元素位置 void *(*iter_prev)(Iterator *iter, Dlist *dlist); //指向后一个元素位置 void *(*iter_next)(Iterator *iter, Dlist *dlist);}Dlist;//1.双端链表的初始化 Dlist *init_dlist(void);//2.双端链表的销毁 void destroy_dlist(Dlist **dlist);//二重指针//3.头部插入 Boolean push_front(Dlist *dlist, void *data);//4.尾部插入 Boolean push_back(Dlist *dlist, void *data);//5.头部删除 Boolean pop_front(Dlist *dlist);//6.尾部删除 Boolean pop_back(Dlist *dlist);//7.插入到当前节点前 Boolean insert_prev(Dlist *dlist, Dlist_node *node, void *value); //8.插入到当前节点后 Boolean insert_next(Dlist *dlist, Dlist_node *node, void *value); //9.删除某个节点 Boolean remove_dlist_node(Dlist *dlist, Dlist_node *node);//10.显示双端链表信息 void show_dlist(Dlist *dlist, Print_func print);//11.得到第一个节点数据域 Boolean get_front(Dlist *dlist, void **value);//12.得到最后一个节点数据域 Boolean get_tail(Dlist *dlist, void **value);//13.得到链表节点数量 int get_dlist_count(Dlist *dlist);//14.得到第几个节点 Dlist_node *find_node(Dlist *dlist, int index);#endif
* 工具类接口定义 *
#ifndef _TOOLS_H_#define _TOOLS_H_#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>//工具类接口void *Malloc(size_t size);void swap(void *a, void *b, int length);#endif
* 工具类接口实现 *
#include "tools.h"//工具类接口void *Malloc(size_t size){ void *result = malloc(size); if(result == NULL) { fprintf(stderr, "the memory is full !\n"); exit(1); } return result;}void swap(void *a, void *b, int length){ void *temp = Malloc(length); memcpy(temp, a, length); memcpy(a, b, length); memcpy(b, temp, length); free(temp);}
二、迭代器的定义
* 迭代器的定义 *
#ifndef _ITERATOR_H_#define _ITERATOR_H_typedef struct Iterator{ void *ptr; //指针 void* 通用指针 int index; //整型 index 指标 索引 int size; //整型 size 大小}Iterator; //三个成员的一个结构体/* * 正向迭代器 * container(list、array、stack)容器 *///宏定义#define FOREACH(iter, container) \ for(container->iter_head(&(iter), container); \ (iter).ptr; \ container->iter_next(&(iter), container))#define foreach FOREACH#define FOREACH_REVERSE(iter, container) \ for(container->iter_tail(&(iter), container); \ (iter).ptr; \ container->iter_prev(&(iter), container))#define foreach_reverse FOREACH_REVERSE#endif
由于迭代器是在链表中使用,所以我们把迭代器操作实现一起放在了链表的实现文件里。
我们可以从定义中看到,我们定义的foreach是一个正向、在container中通过ptr指针指向下一个迭代的正向迭代方法。
foreach_reverse正好是从tail尾开始向前iter_prev反向的反向迭代。
三、双向链表的接口实现
#include "dlist.h"#include "tools.h"// 整型的打印函数void print_int(void *data){ printf("%d ",*(int *)data);}// 迭代器的接口函数指针定义static void *dlist_iter_head(Iterator *iter, Dlist *dlist);static void *dlist_iter_tail(Iterator *iter, Dlist *dlist);static void *dlist_iter_prev(Iterator *iter, Dlist *dlist);static void *dlist_iter_next(Iterator *iter, Dlist *dlist);//迭代器的接口函数指针实现//1.dlist的头迭代指针static void *dlist_iter_head(Iterator *iter, Dlist *dlist){ if(iter == NULL || dlist == NULL) { return NULL; } iter->index = 0; iter->size = dlist->count; //dlist的头节点 if(dlist->head->data == NULL || dlist->count == ZERO) { iter->ptr = NULL; } else { iter->ptr = dlist->head->data; } return iter->ptr;}//2.dlist的尾节点迭代static void *dlist_iter_tail(Iterator *iter, Dlist *dlist){ if(iter == NULL || dlist == NULL) { return NULL; } iter->index = dlist->count - 1; iter->size = dlist->count; //dlist的尾节点 if(dlist->tail->data == NULL || dlist->count == ZERO) { iter->ptr = NULL; } else { iter->ptr = dlist->tail->data; } return iter->ptr;}//3.dlist迭代前一个(函数指针)static void *dlist_iter_prev(Iterator *iter, Dlist *dlist){ if(iter == NULL || dlist == NULL) { return NULL; } iter->index --; iter->size = dlist->count; if(iter->index <= ZERO) { iter->ptr = NULL; } else { iter->ptr = find_node(dlist, iter->index)->data; } return iter->ptr;}//4.dlist迭代后一个(函数指针)static void *dlist_iter_next(Iterator *iter, Dlist *dlist){ if(iter == NULL || dlist == NULL) { return NULL; } iter->index ++; iter->size = dlist->count; if(iter->index >= iter->size) { iter->ptr = NULL; } else { iter->ptr = find_node(dlist, iter->index)->data; } return iter->ptr;}//创建一个节点Dlist_node *create_node(void);Dlist_node *create_node(void){ Dlist_node *node = (Dlist_node *)Malloc(sizeof(Dlist_node)); bzero(node, sizeof(Dlist_node)); return node;}//1.双端链表的初始化Dlist *init_dlist(void){ Dlist *dlist = (Dlist *)Malloc(sizeof(Dlist)); bzero(dlist, sizeof(Dlist)); //置函数指针 dlist->iter_head = dlist_iter_head; dlist->iter_tail = dlist_iter_tail; dlist->iter_prev = dlist_iter_prev; dlist->iter_next = dlist_iter_next; return dlist;}//2.双端链表的销毁void destroy_dlist(Dlist **dlist)//二重指针{ if(dlist == NULL || *dlist == NULL) { return; }/* while((*dlist)->head) //(*)-> { pop_back(*dlist); //只要有头节点就尾删 }*/ Dlist_node *p_node = (*dlist)->head; while((*dlist)->head != NULL) { (*dlist)->head = p_node->next; if((*dlist)->free != NULL) { (*dlist)->free(p_node->data); //若我们有自己编写free函数,就用我们定义的free函数指针释放资源 } free(p_node); p_node = (*dlist)->head; } free(*dlist); dlist = NULL;}//3.头部插入 // case 1: // node // | // head tail // // case 2: // node // // // node1==node2==node3 // \ / // head|tailBoolean push_front(Dlist *dlist, void *data){ //创建新节点 Dlist_node *node = create_node(); node->data = data ; if(dlist == NULL || data == NULL) { return FALSE; } if(dlist->count == ZERO) { dlist->tail = node; //若dlist中没有元素则将dlist->tail也给这个节点 } else { node->next = dlist->head; //置node的next为头节点 dlist->head->prev = node; //head的前一个置是node } dlist->head = node; dlist->count ++; return TRUE;}//4.尾部插入Boolean push_back(Dlist *dlist, void *data){ if(dlist == NULL || data == NULL) { return FALSE; } Dlist_node *node = create_node(); node->data = data ; if(dlist->count == ZERO) { dlist->head = node; } else { node->prev = dlist->tail; dlist->tail->next = node; } dlist->tail = node; dlist->count ++; return TRUE; }//5.头部删除Boolean pop_front(Dlist *dlist){ if(dlist == NULL || dlist->count == ZERO) { return FALSE; } Dlist_node *node = dlist->head; if(dlist->count == ONLY_ONE) { dlist->head = dlist->tail = NULL; } else { dlist->head = node->next; dlist->head->prev = NULL; }/* dlist->free(node); node = NULL;*/ if(dlist->free != NULL) //如果我们有相应的free函数 { dlist->free(node->data); //调用自己的free函数 } free(node); dlist->count -- ; return TRUE;}//6.尾部删除Boolean pop_back(Dlist *dlist){ if(dlist == NULL || dlist->count == ZERO) { return FALSE; } Dlist_node *node = dlist->tail; if(dlist->count == ONLY_ONE) { dlist->head = dlist->tail = NULL; } else { dlist->tail = node->prev; dlist->tail->next = NULL; } if(dlist->free != NULL) //free函数指针 { dlist->free(node->data); } free(node); dlist->count -- ; return TRUE;}//7.插入到当前节点前Boolean insert_prev(Dlist *dlist, Dlist_node *node, void *value){ Dlist_node *p_node = create_node(); p_node->data = value; if(dlist == NULL || node == NULL ) { return FALSE; } if(dlist->count == ONLY_ONE) { push_front(dlist, value); return TRUE; } else //普通情况下 { p_node->next = node; p_node->prev = node->prev; node->prev->next = p_node; node->prev = p_node; dlist->count++; } return TRUE;}//8.插入到当前节点后Boolean insert_next(Dlist *dlist, Dlist_node *node, void *value){ Dlist_node *p_node = create_node(); p_node->data = value; if(dlist == NULL || node == NULL ) { return FALSE; } if(dlist->count == ONLY_ONE) { push_back(dlist, value); return TRUE; } else { p_node->next = node->next; p_node->prev = node; node->next->prev = p_node; node->next = p_node; dlist->count++; } return TRUE;}//9.删除某个节点Boolean remove_dlist_node(Dlist *dlist, Dlist_node *node){ if(dlist == NULL || node == NULL) { return FALSE; } if(node->next == NULL) { return pop_back(dlist); } else { Dlist_node *p_node = node->next; node->data = p_node->data; node->next = p_node->next; p_node->next->prev = node; if(dlist->free != NULL) { dlist->free(p_node->data); } free(p_node); dlist->count -- ; } return TRUE;}//10.显示双端链表信息void show_dlist(Dlist *dlist, Print_func print){ Dlist_node *p_node = NULL; if(dlist != NULL && dlist->count >0) { for(p_node = dlist->head; p_node; p_node = p_node->next) { print(p_node->data); //这里是传入的参数指针 } printf("\n"); }}//11.得到第一个节点数据域Boolean get_front(Dlist *dlist, void **value) //函数返回值为布尔类型,则可以通过参数保存需要得到的值。二重指针。{ if(dlist == NULL || dlist->count == ZERO) { return FALSE; } if(value != NULL) { *value = dlist->head->data; //一级指针 } return TRUE;}//12.得到最后一个节点数据域Boolean get_tail(Dlist *dlist, void **value){ if(dlist == NULL || dlist->count == ZERO) { return FALSE; } if(value != NULL) { *value = dlist->tail->data; } return TRUE;}//13.得到链表节点数量int get_dlist_count(Dlist *dlist){ if(dlist == NULL) { return -1; //返回值一般用-1表示出错; } else { return dlist->count; }}//14.得到第几个节点Dlist_node *find_node(Dlist *dlist, int index){ int i = 0; Dlist_node *p_node = NULL; if(dlist == NULL || index > dlist->count || index < 0) //判断条件 { return NULL; } p_node = dlist->head; while(i++ < index) { p_node = p_node->next; } return p_node;}
四、程序功能验证
main.c
#include <stdio.h>#include "dlist.h"/*void print_int(void *value);void print_int(void *value){ printf("%d ",*(int *)value); }*/int main(int argc, char **argv){ int i = 0; int a[]={1,2,3,4,5}; void *value; Iterator iter = {0}; Dlist *dlist = NULL; dlist = init_dlist(); for(i=0; i< sizeof(a)/sizeof(a[0]);++i) { push_front(dlist, &a[i]); } show_dlist(dlist, print_int); pop_front(dlist); printf("---------foreach:\n"); //这里,我们就用到了迭代的方法,用我们定义的foreach对dlist这个容器进行迭代的输出。 foreach(iter, dlist) { print_int(iter.ptr); } printf("\n"); show_dlist(dlist, print_int); for(i=0; i< sizeof(a)/sizeof(a[0]);++i) { push_back(dlist, &a[i]); } show_dlist(dlist, print_int); pop_back(dlist); show_dlist(dlist, print_int); insert_prev(dlist, dlist->head->next->next, &a[4]); show_dlist(dlist, print_int); insert_next(dlist, dlist->head->next->next, &a[4]); show_dlist(dlist, print_int); remove_dlist_node(dlist, dlist->head->next->next->next); show_dlist(dlist, print_int); get_front(dlist, &value); printf("\nfront:\n"); print_int(value); get_tail(dlist, &value); printf("\ntail:\n"); print_int(value); printf("\n the length:\n"); printf("%d \n",get_dlist_count(dlist)); foreach(iter, dlist) { print_int(iter.ptr); } printf("\n"); destroy_dlist(&dlist); return 0;}
编译运行结果
root@aemonair:i_dlist# cc.sh *.cCompiling ...-e CC dlist.c main.c tools.c -g -lpthread-e Completed .-e Thu Jun 16 00:21:05 CST 2016
程序运行结果
root@aemonair:i_dlist# ./dlist 5 4 3 2 1 ---------foreach:4 3 2 1 4 3 2 1 4 3 2 1 1 2 3 4 5 4 3 2 1 1 2 3 4 4 3 5 2 1 1 2 3 4 4 3 5 5 2 1 1 2 3 4 4 3 5 2 1 1 2 3 4 front:4 tail:4 the length:9 4 3 5 2 1 1 2 3 4
总结
这次,我们只是简单的对迭代器有了初步认识,并且进一步封装了双向链表。对于链表的基本操作并没有多大改进,只是着重强调了,对迭代器思想的认识。
同时,对双向链表的封装到了一定程度。我们可以实现通用的链表和接口,并用其实现其他的数据结构。
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