4.9链表&状态机与多线程

Posted 2020-09-30 进心进利

4.9.1链表的引入

4.9.1.1、从数组的缺陷说起

• （1）数组由两个缺陷。一个是数组中所有元素的类型必须一致。数组的元素个数必须事先指定，并且一旦指定后不能更改。
• （2）如何解决数组的2个缺陷：数组的第一个缺陷考结构体解决。结构体允许其中的元素类型不相同，因此解决了数组的第一个缺陷。因此结构体是因为数组不能解决某些问题而被发明出来的
• （3）如何解决数组的第二个缺陷？我们希望数组的大小能够实时扩展， 比如一开始我们定义了元素个数是10，后来程序运行时觉得不够因此扩展为20。普通的数组显然不行，我们可以对数组进行封装以达到目的，也可以使用一个新的数据结构来解决，这个新的数据结构就是链表
• 总结：几乎可以这样理解：链表就是一个元素个数可以实时变大/变小的数组。

4.9.1.2、大学为什么要有新校区

• （1）学校初建的时候就类似 变量的定义并初始化，因为旁边全是荒地，因此学校的大小是由自己定的。但是学校建立了之后，旁边慢慢的也有了其他的建筑（就类似于，这个变量分配后，内存的相邻的区域又分配了其他变量与这个变量地址相连）这时候你的校园发展感觉不够用了想要扩展，却发现邻居已经住满了，已经没法扩展了，这时候学校扩展有两条思路，第一种是拆迁，第二是搬迁，第三外部扩展
• （2）拆迁基本行不通，不管是显示生活中还是程序运行中，因为成本太高了。
• （3）搬迁可以行得通。程序中解决数组大小扩展的一个思路就是整体搬迁。具体的思路是：先在空白内存出简历一个大的数组，然后把原来的数组中的元素整个复制到新数组的头部。然后再释放掉原来数组的内存空间，并且把我们新的数组去替代原来的数组。这种可变数组早C语言中不支持，但是在更高级语言中java c++是支持的。
• （4）外部扩展是做常见的，也是最合理的，他的思路就是化整为0，在原来的不动的情况下，扩展新的分基地。外部扩展在学校的例子中就是新校区。外部扩展在编程中解决数组问题的方案就是链表

4.9.1.3、链表是什么样子的？

• （1）顾名思义，链表就是用锁链连接起来的表。

这里的表只的是一个个节点（一个个校区），节点中有内存可以用爱存储数据（所以叫表，数据表）。

这里的锁链指的是锁链各个表的方法，C语言中用来连接2块表

• （2）链表是由若干个节点组成的（链表的各个节点是类似的），节点是由有效数据和指针组成的。有效数据区域用来存储信息完成任务的，指针区域用于指向链表的下一个节点从而构成链表。

4.9.1.4、时刻别忘了链表是用来干嘛的

• （1）时刻谨记：链表就是用来解决数组的大小不能动态扩展的问题，所以链表其实就是当数组用的。直白点：链表能完成的任务用链表也能完成，用数组能完成的任务用链表也能完成。但是灵活性不一样。
• （2）简单点：链表就是用来存储数据的。链表用来存数据相对于数组来说优点就是灵活性，需要多少个就动态分配多少个，不占用额外的内存。数组的优势是使用简单（简单粗暴）。

4.9.2、单链表的实现

4.9.2.1、单链表的节点构成

• （1）链表是由节点组成的，节点包含了有效数据部分和指针。
• （2）定义的struct node 只是一个结构体，本身并没有变量生成，也不占内存。结构体定义相当于链表节点定义了一个模板，但是还没有一个节点，将来子啊实际创建李安表示需要一个节点时，用这个模板来复制即可。

4.9.2.2、堆内存的申请和使用

• （1）链表的内存要求比较灵活，不能用栈，也不能用data数据段
• （2）使用堆内存来创建一个链表节点的步骤：1、申请堆内存，大小为一个节点的大小（检查申请结果是否正确）。2、清理申请到的堆内存。3、把申请到的堆内存当作一个新节点；4、填充新节点的有效数据和指针区域

4.9.2.3、链表的头指针

• （1）头指针不是一个节点，而是一个普通指针，只占4字节。头指针的类型是struct node * 类型的，所以它才能指向链表的节点
• （2）一个典型的链表的实现就是：头指针指向链表的第一个节点，然后第一个节点中的指针指向下一个节点，然后以此类推，一直到最后一个节点。这样就构成了一个链

4.9.2.4、实战：构建一个简单的单链表

（1）目标：构建一个链表，将一个数据（譬如1,2,3三个数字）存储在链表中。

4.9.3、单链表的算法值插入节点

4.9.3.1、继续上节，访问链表中各个节点的数据

• （1）只能用头指针，不能用各个字节自己的指针，因为实际当中我们保存链表的时候是不会保存各个节点的指针的，只能通过头指针来访问链表节点
• （2）前一个节点内部的pNext指针能帮助我们找到下一个指节点

4.9.3.2创建节点的代码封装成一个函数

• （1）封装时的关键点就是函数的接口（函数参数和返回值）的设计

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <strings.h>

struct node
{
    int data;
    struct node * pNext;
};

struct node * creat_node(int data)
{
    struct node * p = (struct node *)malloc(sizeof(struct node));
    if(NULL == p)
    {
        printf("malloc error");
        return NULL;
    }
    bzero(p, sizeof(struct node));
    p->data = data;
    p->pNext = NULL;
    return p;
}

int main(void)
{
    struct node * pHeader = NULL;
    pHeader = creat_node(1);
    pHeader->pNext = creat_node(2);
    pHeader->pNext->pNext = creat_node(3);
    printf("pHeadef->data = %d.\n", pHeader->data);
    printf("pHeader->pNext.data = %d.\n", pHeader->pNext->data);
    printf("pHeader->pNext->pNext.data = %d.\n", pHeader->pNext->pNext->data);
    return 0;
}

4.9.3.3、从链表头部插入新节点

 

4.9.3.4、从链表尾部插入新节点

（1）尾部插入链表简单，因为前面已经建立的

struct node
{
    int data;
    struct node * pNext;
};
//创建节点
struct node * creat_node(int data)
{
    struct node * p = (struct node *)malloc(sizeof(struct node));
    if(NULL == p)
    {
        printf("malloc error");
        return NULL;
    }
    memset(p, 0, sizeof(struct node));        //给申请的堆内存清0
    //bzero(p, sizeof(struct node));
    p->data = data;
    p->pNext = NULL;
    return p;
}
//从尾部插入
int insert_tail(struct node * pHeader, struct node * new)
{
    struct node * p = pHeader;
    if(NULL != p->pNext)
    {
        p = p->pNext;
    }
    p->pNext = new;
}

int main(void)
{
    struct node * pHeader = creat_node(1);
    insert_tail(pHeader, creat_node(2));
    insert_tail(pHeader, creat_node(3));
    printf("pHeader->data = %d.\n", pHeader->data);
    printf("pHeader->pNext->data = %d.\n", pHeader->pNext->data);
    printf("pHeader->pNext->pNext->data = %d.\n", pHeader->pNext->pNext->data);
    return 0;
}

无头结点代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

struct node
{
    int data;
    struct node * pNext;
};
//创建节点
struct node * creat_node(int data)
{
    struct node * p = (struct node *)malloc(sizeof(struct node));
    if(NULL == p)
    {
        printf("malloc error");
        return NULL;
    }
    memset(p, 0, sizeof(struct node));        //给申请的堆内存清0
    //bzero(p, sizeof(struct node));
    p->data = data;
    p->pNext = NULL;
    return p;
}
//从尾部插入
int insert_tail(struct node * pHeader, struct node * new)
{
    int cnt = 0;
    struct node * p = pHeader;
    while(NULL != p->pNext)
    {
        p = p->pNext;
        cnt++;
    }
    p->pNext = new;
    pHeader->data = cnt + 1;
}

int main(void)
{
    struct node * pHeader = creat_node(0);
    insert_tail(pHeader, creat_node(1));
    insert_tail(pHeader, creat_node(2));
    insert_tail(pHeader, creat_node(3));
    printf("beader node data = %d.\n", pHeader->data);
    printf("node1 data = %d.\n", pHeader->pNext->data);
    printf("node2 data = %d.\n", pHeader->pNext->pNext->data);
    printf("node3 data = %d.\n", pHeader->pNext->pNext->pNext->data);
    return 0;
}

有头结点代码

4.9.4、单链表的算法之插入节点续

4.9.4.1、详解链表头部插入函数

4.9.4.2、什么是头节点

（1）问题：因为我们在insert_tail中直接默认了头指针指向的有一个节点，因此如果程序中定义了头指针后就直接insert_tail后会出现段错误。我们不得不在定义头指针之后先creat_node后创建一个新节点给头指针初始化，否则不能避免这个错误，但是这样解决让程序看起来逻辑有点不太顺，看起来第一个节点和其他的节点有点不同，显得有些另类。

（2）链表还有另外一种用法，就是把头指针指向的第一个节点当作头结点使用。头结点的特点是：第一，他紧跟在头指针的后面。第二，头结点的数据部分是空的（有时候不是空的，而是存储整个链表的节点数目 ）。指针部分指向下一个节点也就是第一个节点。

（3）这样看来头结点和其他节点确实不太一样。我们在创建链表时添加节点的方法也不同。头结点在创建头指针时一并创建并且和头指针关联起来，后面的真正的存储数据的节点用节点添加的函数来完成，譬如insert_node

（4）链表有没有头结点是不同的，体现在链表的插入节点、删除节点、遍历节点、解析链表的各个算法函数都不太。所以如果一个链表设计的时候有头结点，那么后面所有的算法都应该这样来处理。如果设计的时候没有头结点，那么后面所有算法都应该按照没有头结点来做，实际编程中，两种节点都有人用，所以在实际编程中，一应要看别人有没有使用头结点。