线性表的链式存储——静态单链表的实现

Posted 2021-12-05 dishengandziyu

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了线性表的链式存储——静态单链表的实现相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1，单链表的一个缺陷：

1，触发条件：

1，长时间使用单链表对象频繁增加和删除数据元素；

2，可能的结果：

1，堆空间产生大量的内存碎片，导致系统运行缓慢；

1，增加一个节点，就会在堆空间创建一个结点，但是频繁创建删除就会有大量碎片；

2，解决方案，设计新的线性表：

1，设计思路：

1，在“单链表”的内部增加一片预留的空间，所有的 Node 对象都在这片空间中动态创建和动态销毁；

2，顺序表 + 单链表 = 静态单链表；

3，除了内存分配的不同外，静态单链表和单链表在其他操作上完全一样，只用改写 creat()和destory()；

3，静态单链表继承层次结构：

技术图片

4，静态单链表的实现思路（核心）：

1，通过模板定义静态单链表（StaticLinkList）；

2，在类中定义固定大小的空间（unsigned char[]）；

1，创建 Node 结点；

3，重写 creat() 和 destroy() 函数，改写内存分配和归还方式；

4，在 Node 类中重载 operator new，用于在指定内存上创建对象；

5，StaticLinkList 静态单链表的实现：

 1 #ifndef STATICLINKLIST_H
 2 #define STATICLINKLIST_H
 3 
 4 #include "LinkList.h"
 5 
 6 using namespace std;
 7 
 8 namespace DTLib
 9 {
10 
11 template <typename T, int N>
12 class StaticLinkList : public LinkList<T>
13 {
14 protected:
15 　　 typedef typename LinkList<T>::Node Node;  // 这里的 typename 是因为编译器不知道这里的 Node 是类型还是静态成员变量，所以编译器建议加上 typename，然后又用 typedef 来简化一个类型；
16 
17     struct SNode : public Node  // 定义新的类型来重载 new 操作符；
18     {
19         void* operator new(unsigned int size, void* loc)    
20         {
21             (void)size;  // 这里是因为编译时候，没有使用 size 参数，然后加入的 C 语言中的暴力的编译方式；
22 
23             return loc;
24         };
25 　　 };
26 
27     unsigned char m_space[sizeof(SNode) * N];  // 在这片内存里面来分配静态链表的内存；
28 　　 int m_used[N];  // 标记数组，通过相应位置上为 1 可用，为 0 不可用；
29 
30     Node* creat()  // 申请空间，调用构造函数
31     {
32         SNode* ret = NULL;
33 
34         for(int i=0; i<N; i++)  // 遍历指定内存每个空间；
35         {
36             if( !m_used[i] )  // 如果可以使用，就用；
37             {
38                 ret = reinterpret_cast<SNode*>(m_space) + i;  // 这里只是单纯的分配内存，并没有涉及到 Node 的构造函数调用,内存的分配和初始化是两个不同的步骤，这里需要重新解释内存空间才可以进行指针运算；
39                 ret = new(ret)SNode();   // 内存分配好后，还要在指定的内存上面调用构造函数，调用重载的 new 函数；这里重写后将 new 申请的地址放在了 ret 上面，而不是默认的堆空间上，然后继续像普通的 new 一样调用构造函数来初始化内存；
40                 m_used[i] = 1;  // 标记被分配；
41                 break;   //这里要跳出 for 循环，因为不是依靠 i 来结束的
42             }
43         }
44 
45         return ret;  // 这里的返回值运用了赋值兼容性；
46 　　 }
47 
48     void destory(Node *pn)  // 归还空间，调用析构函数
49     {
50         SNode* space = reinterpret_cast<SNode*>(m_space);   // 指针运算，所以要转换指针类型
51         SNode* psn = dynamic_cast<SNode*>(pn);
52 
53         for(int i=0; i<N; i++)
54         {
55             if( pn == (space + i) )
56             {
57                 m_used[i] = 0; // 标记当前内存单元可用，也就是将其归还给固定空间；
58                 psn->~SNode();  // 调用析构函数，释放对象；
59                 break;  // 释放对象后就直接跳出循环，提高效率；
60             }
61         }
62 　　 }
63 
64 public:
65     StaticLinkList()
66     {
67         for(int i=0; i<N; i++)  // 标记每一个内存单元都是可用的
68         {
69             m_used[i] = 0;
70         }
71 　　 }
72 
73     int capacity()
74     {
75         return N;
76 　　 }
77 
78     ~StaticLinkList()   // 根据资源申请原则，不许用定义这个函数，但前提是这个类是独立的类，但这里是继承的类，所以还要调用父类的析构函数但是父类中析构函数调//用 clear() 不会发生多态（虽然父类和子类中就只有一个这样的函数），然后再调用 destroy()也不会发生多态，只调用父类中的 destroy()，这就造成了 delete 非堆空间上的不稳定性，程序容易发生错误；
79     {
80         this->clear();   // 这里不会发生多态，调用的是自己的 destroy()，因为这里是在析构函数中；
81     }
82 };
83 
84 }
85 
86 #endif // STATICLINKLIST_H