C 语言

关注公众号 jb51net

关闭
首页 > 软件编程 > C 语言 > 实现静态链表

C语言实现静态链表的方法

作者:

分享一段代码,一个静态链表的C语言实现,其中包含着一种简单的内存管理策略:固定大小的链式管理。

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().

您可能感兴趣的文章:
阅读全文