线性表之链表的实现（二）-静态链表实现

静态链表基本概念

这一部分的内容主要参照了这篇帖子[静态链表 C实现]的内容。并且贴上的说明图也是来自于这篇帖子，再次特做声明。

什么是静态链表

用全局数据实现的链表叫做静态链表。由于全局数组是存储在静态区，又叫做静态链表。

优缺点

优点：

其一，保持了传统链表的优点。对于插入和删除操作效率比较高，只需要修改指针的指向即可，不需要大量的移动元素。

其二，由于预先分配了较大空间，当进行插入或者删除节点时，没有开辟和回收资源的时间消耗，还是只需要修改指针的指向即可。

缺点：

需要预先开辟较大空间，如果系统中不存在这样一片连续的空间，则无法实现静态链表，但是传统链表可以利用操作系统中的内存碎片，并且内存利用率高于静态链表。

需要模拟操作系统在数组空间上实现节点内存的开辟和回收。增加代码的复杂度。

如何实现

一个数组逻辑分成两部分，空闲链表部分和非空闲链表部分。

他们都是通过指针来连接的，空闲链表由空闲头结点来连接起来，非空闲链表由非空闲头结点连接起来。

空闲链表本质上被是做需要进行管理的内存，当插入节点时，向管理的内存部分申请空间，当删除节点时，向管理的内存部分释放空间。

个人感觉对于静态链表的实现最有价值的部分，就是模拟对于内存的管理，怎么样去实现逻辑到物理的对应，这让我有机会从系统程序员的角度写代码！！！

如下图所示，下标为0的节点是空闲链表的头结点。

下标为1的节点是非空闲链表的头结点。由他们两个非洲维护这两块区域。



(ps:上面这张图并非我原创，来自于本文一开始的链接当中)

静态链表实现

常量声明

common.h

#ifndef common_H
#define common_H

/* 函数结果状态码 */
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define OK 1
#define ERROR 0
#define INFEASIBLE -1
//#define OVERFLOW -2

/* 类型定义 */
typedef int Status;     // Status是函数的类型，其值是函数结果状态码
typedef int ElemType;   // ElemType是数据类型

#endif

静态链表节点结构及常用操作接口声明

SLinkedList.h

#ifndef SLinkedList_H
#define SLinkedList_H
#include "common.h"

#define MAXSIZE 1024 //链表的最大长度

/* 静态链表节点声明 */
struct SListNode{
ElemType data;
int next;

SListNode() : data(0), next(-1) {}
SListNode( ElemType x ) : data(x), next(-1) {}
};

typedef SListNode* SLinkedList;

/* 静态链表内存管理操作 */
Status init_sl( SLinkedList slist ); // 初始化为静态链表空间
int malloc_sl( SLinkedList slist );  // 开辟节点空间
Status free_sl( SLinkedList slist, int k ); // 回收节点空间

/* 静态链表常用操作 */
Status create_slinkedlist( SLinkedList slist, const ElemType* arr, int n ); // 根据数组创建静态链表-头插法
Status print_slinkedlist( const SLinkedList slist ); // 打印静态链表
Status insert_slinkedlist( SLinkedList slist, int i, int target ); // 在第i位置插入节点
Status delete_slinkedlist( SLinkedList slist, int i); //在第i个位置删除节点

#endif

静态链表内存管理和常用操作实现

SLinkedList.cpp

下面我分别给出每个函数的实现，并给出相应的说明。所以，将该文件的代码拆分开来。

将数据空间初始化为链表

代码还是围绕空闲链表部分和非空闲链表部分去写。由于初始化时没有链表- 节点，所以此时全部是空闲链表。

注意对两个头结点的初始化。

为指针指向-1，不指向0，这点和严蔚敏老师的写法有区别

Status init_sl( SLinkedList slist ){
if(!slist){
std::cerr << "Invalid arguments!";
return ERROR;
}

slist[0].next = 2;  // slist[0]是空闲表的头结点
slist[1].next = -1; // slist[1]是非空闲表的头结点

for(int i = 2; i < MAXSIZE - 1; ++i){
slist[i].next = i + 1;
}
slist[MAXSIZE - 1].next = -1;

return OK;
}

申请节点空间

此时是对空闲链表的操作，所以注意操作的头结点。

注意申请不成功时的判断，最后返回申请节点的下标即可。

int malloc_sl( SLinkedList slist ){
if(NULL == slist){
std::cerr << "Invalid arguments!";
return ERROR;
}

int i = slist[0].next;
if(i != -1){ // 申请节点成功
slist[0].next = slist[i].next;
}
return i;
}

释放节点空间

这一块都是对空闲链表的操作，所以注意操作头结点即可。

头插法

Status free_sl( SLinkedList slist, int k ){
if(NULL == slist){
std::cerr << "Invalid arguments!";
return ERROR;
}

slist[k].next = slist[0].next;
slist[0].next = k;

return OK;
}

静态链表常用操作

这一部分的代码是操作非空链表，就是实际链表本身。

插入操作和删除操作要注意，对于第i个节点，申请空间和归还空间的操作符是空间的下标。申请空间的表现为申请了一个合法下标，释放空间的表现为释放了一个下标。所以对于删除第i个节点，要找到这个节点的下标，删除即可。

Status create_slinkedlist( SLinkedList slist, const ElemType* arr, int n ){
if(!slist || !arr || n <= 0){
std::cerr << "Invalid arguments!";
return ERROR;
}

for( int i = 0; i < n; ++i ){
int s = malloc_sl( slist );
if(-1==s){
std::cerr << "Overflow!";
return OVERFLOW;
}
slist[s].data = arr[i];
slist[s].next = slist[1].next;
slist[1].next = s;
}

return OK;
}
Status print_slinkedlist( const SLinkedList slist ){
if(!slist){
std::cerr << "Not invalid arguments!";
return ERROR;
}
int cur = slist[1].next;
while(cur != -1){
std::cout << slist[cur].data << std::endl;
cur = slist[cur].next;
}
return OK;
}
Status insert_slinkedlist( SLinkedList slist, int i, int target ){
if(!slist || i < 1 ){
std::cerr << "Invalid arguments!";
return ERROR;
}

int cur = 1; // 头结点
for( int cnt = 0; cnt < i-1 && cur > -1 ; ++cnt ){
cur = slist[cur].next;
}
if(-1 == cur) return ERROR;
else{
int s = malloc_sl(slist); // 为第i个位置的节点开辟空间
if(-1==s) return OVERFLOW;
slist[s].data = target;
slist[s].next = slist[cur].next;
slist[cur].next = s;

return OK;
}
}
Status delete_slinkedlist( SLinkedList slist, int i){
if(!slist){
std::cerr << "Invalid arguments!";
return ERROR;
}
int cur = 1; // 头结点
for( int cnt = 0; cnt < i - 1; ++cnt){
cur = slist[cur].next;
}
if(-1==cur) return ERROR;
else{
int s = slist[cur].next; // 要删除的第i个节点的位置
slist[cur].next = slist[s].next;

free_sl(slist, s); // 释放第i个节点的位置
return OK;
}
}