静态链表（C++实现）

Posted 2020-07-07 Chengzi_comm

用数组描述的链表，即称为静态链表。
在C语言中，静态链表的表现形式即为结构体数组，结构体变量包括数据域data和游标cur。

这种存储结构，仍需要预先分配一个较大的空间，但在作为线性表的插入和删除操作时不需移动元素，仅需修改指针，故仍具有链式存储结构的主要优点。

下图表示了静态链表的一中存储结构：

图中用彩色途上的是两个头结点，不存放数据，分别用来记录第一个备用节点和第一个数据节点的下标。
下面给出静态链表的C++实现代码：

首先给出头文件：StaticList.h:

#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;

#define MAXSIZE 20        // 静态链表（数组）默认长度
#define ElemType int      // 值类型

class StaticList;

//节点类
typedef class StaticListNode   // 静态链表的节点类型（数组元素类型）
{
    friend class StaticList;
private:
    ElemType data;              // 值域
    int      cur;               // 游标 （指示当前节点的下一个元素下标）
}StaticListNode;


//  静态链表类</strong></span>
class StaticList
{
public:
    StaticList()
    {
        for(int i = 2; i<MAXSIZE-1; ++i)
            space[i].cur = i+1;
        space[i].cur = 0;        //整个链表结束
        space[0].cur = 2;
        space[1].cur = 0;        //数据节点头的游标为空，没有数据
    }

    ~StaticList()
    {}

// 尾部插入法
    void push_back(const ElemType &x)
    {
        int i = Malloc_SL();
        if(0 == i)              // 空间申请失败
        {
            cout<<"已满！"<<x<<"不能插入"<<endl;   
            return ;
        }
        space[i].data = x;
        space[i].cur = 0;

        int k = 1;
        while(0!=k && 0!=space[k].cur)  // 找到最后一个节点
            k = space[k].cur;

        space[k].cur = i;             // 把刚申请的下标为i的节点链到最后一个节点后面              
    }

// 头部插入法
    void push_front(const ElemType &x)
    {
        int i = Malloc_SL();
        if(0 == i)            // 同上，空间申请失败
        {
            cout<<"已满！"<<x<<"不能插入"<<endl;
            return ;
        }
        space[i].data = x;    // 把x放入刚申请的节点中

        space[i].cur = space[1].cur;   // 此时刚申请的节点i的游标指向第一个数据节点，称为第一个结点
        space[1].cur = i;              // 使头结点指向第一个数据节点
    }

// 尾部删除
    void pop_back()
    {
        int i = space[1].cur;
        int j = 0;
        for(; 0!=space[i].cur; j = i, i = space[i].cur)
        {}    // 找到最后一个节点以及倒数第二个节点

        space[j].cur = 0;     // 倒数第二个节点的游标赋空
        Free_SL(i);           // 最后一个节点被释放
    }

// 头部删除
    void pop_front()
    {
        int i = space[1].cur;    // i是第一个数据节点的下标
        space[1].cur = space[i].cur;  // 头结点指向第二个数据节点的下标
        Free_SL(i);              // i 节点被释放
    }

    void show_list()
    {
        for(int i = space[1].cur; i!=0; i = space[i].cur)
            cout<<space[i].data<<" ";
        cout<<"Over"<<endl;
    }

    /* 静态链表从小到大排序的前提下，插入x  */
    void insert_val(const ElemType &x)
    {
        int k = 1;
        while(0!=k && 0!=space[k].cur && space[space[k].cur].data<x)
            k = space[k].cur;        //在下标k之后插入

        if(0 == space[k].cur)    // 如果k指向最后一个节点，执行尾插
            push_back(x);
        else if(k == 1)          // 如果k指向第一个节点，执行头插
            push_front(x);
        else                     // 在中间任意位置插入x
        {    
            int i = Malloc_SL();
            assert(0 != i);
            space[i].data = x;
            space[i].cur = space[k].cur;   // i节点的游标指向k节点后面的一个节点
            space[k].cur = i;              // k节点的游标指向新开辟的i节点
        }
    }

    /* 返回key的前一个节点下标*/
    int find(const ElemType &key)       
    {
        int i = 1;
        while(0!=i && space[space[i].cur].data!=key)
            i = space[i].cur;
        if(0 == i)
        {
            cout<<"没找到 "<<key<<endl;
            return -1;
        }
        return i;
    }

    /* 删除给定的值key所在节点，若没找到则返回 */
    void delete_val(const ElemType &key)
    {
        int i = find(key);
        if(-1 == i)      // 说明静态链表中没有元素key
            return ;
        else if(1 == i)  // key 处于下标为2的节点(第一个数据节点)
            pop_front();
        else if(0 == space[i].cur)  // key处于最后一个节点
            pop_back();
        else             // key 处于中间任意位置
        {
            int k = space[i].cur;   // 记录要删除位置的下标
            space[i].cur = space[k].cur;  // 脱离出要删除节点
            Free_SL(k);  // 删除key所在节点
        }
    }

    /* sl1 和 sl2已存在，把它们糅合到另一个链表，使之按非递减排列 */
    void merge(StaticList &sl1, StaticList &sl2)
    {
        sl1.sort();   
        sl2.sort();
        if(0==sl1.length() || 0==sl2.length())
            return ;
        int p = sl1.space[1].cur;
        int q = sl2.space[1].cur;

        while(0!=p && 0!=q)
        {        
            // 哪个数据较小，就把该数据尾插到新链表中，并使游标指向下一个
            if(sl1.space[p].data < sl2.space[q].data)
            {            
                push_back(sl1.space[p].data);
                p = sl1.space[p].cur;
            }
            else
            {
                push_back(sl2.space[q].data);
                q = sl2.space[q].cur;
            }
        }
        while(0!=p)
        {        // 因为sl1已经有序，如果sl1还没有全部插入新链表，就把剩下的全部插入
            push_back(sl1.space[p].data);
            p = sl1.space[p].cur;
        }
        while(0!=q)
        {        // 因为sl2已经有序，如果sl2还没有全部插入新链表，就把剩下的全部插入
            push_back(sl2.space[q].data);
            q = sl2.space[q].cur;
        }
    }

    /* 如果静态链表无序，使其按非递减顺序排列 */
    void sort()
    {
        int s = space[1].cur;
        int p = space[s].cur;
        if(0 == p)
            return ;
        space[s].cur = 0;

        int k = 1;
        int k1 = 0;
        while(0 != p)
        {
            s = p;
            p = space[p].cur;

            k = 1;     // 找到一个位置k, 在k后插入s所指节点的数据
            while(0!=k && space[space[k].cur].data < space[s].data)
            {
                k1 = k;                  //如果k==0,用k1记录最后一个数据节点
                k = space[k].cur;        //在下标k之后插入
            }
            if(0 == k)    //尾插
            {
                space[k1].cur = s;
                space[s].cur = 0;
            }
            else          //头插和中间插
            {
                space[s].cur = space[k].cur;
                space[k].cur = s;
            }
        }
    }

    /* 逆置静态链表 */
    void reserve()
    {
        int s = space[1].cur;
        int p = space[s].cur;
        if( 0==p )
            return ;
        space[s].cur = 0;
        while(0 != p)
        {
            s = p;
            p = space[p].cur;

            space[s].cur = space[1].cur;   // 把s所指节点 头插进原有链表
            space[1].cur = s;              // s成为第一个数据节点
        }
    }

    /* 清空静态链表 */
    void clear()
    {
        for(int i = 2; i<MAXSIZE-1; ++i)
            space[i].cur = i+1;
        space[i].cur = 0;

        space[0].cur = 2;     // 下标2成为第一个备用节点
        space[1].cur = 0;     // 第一个数据节点为空
    }

    /* 返回表长 */
    int length()
    {
        if(0 == space[1].cur)
            return 0;
        int i = 1;
        int count = -1;
        do
        {
            ++count;
            i = space[i].cur;
        }while(0 != i);

        return count;
    }

    /* 返回下标为k的节点的下一个节点下标 在静态链表中用处不大*/
    int next(const int k)
    {
        if(0==k || 1==k)
            return -1;
        return space[k].cur;
    }
    /* 返回下标为k的节点的上一个节点下标 */
    int prio(const int k)
    {
        if(0==k || 1==k)
            return -1;
        int p = 1;
        while(0!=p && space[p].cur!=k)
            p = space[p].cur;
        return p;
    }

protected:
    /* 用来申请一个空间，返回该节点的下标 */
    int Malloc_SL()   
    {
        int i = space[0].cur;   // 0下标的游标指向第一个备用节点
        if(space[0].cur) space[0].cur = space[i].cur;  // 修改头结点保存的第一个备用节点下标  
        return i;
    }
    /* 释放下标为k的节点 */
    void Free_SL(int k)   
    {
        space[k].cur = space[0].cur;    // 该节点的游标指向第一个备用节点
        space[0].cur = k;               // 该节点称为第一个备用节点
    }

private:
    StaticListNode space[MAXSIZE];
};

下面是测试代码：Main.cpp

#include"StaticList.h"

void main()
{
    StaticList SL;

    StaticList SL1;    //测试merge()
    StaticList SL2;

    SL1.push_back(1);
    SL1.push_back(9);
    SL1.push_back(0);
    SL1.push_back(6);
    SL1.push_back(999);

    SL2.push_back(5);
    SL2.push_back(8);
    SL2.push_back(100);

    ElemType Item = 0;
    int select = 1;
    while(select)
    {
        cout<<"********************************************"<<endl;
        cout<<"*[1] push_back           [2]  push_front   *"<<endl;
        cout<<"*[3] show_list           [4]  pop_back     *"<<endl;
        cout<<"*[5] pop_front           [6]  insert_val   *"<<endl;
        cout<<"*[7] length              [8]  find         *"<<endl;
        cout<<"*[9] merge               [10] delete_val   *"<<endl;
        cout<<"*[11] sort               [12] reserve      *"<<endl;
        cout<<"*[13] next               [14] prio         *"<<endl;
        cout<<"*[15] clear              [16] destroy      *"<<endl;
        cout<<"*[0] quit_sys                              *"<<endl;
        cout<<"********************************************"<<endl;
        cout<<"请选择：》";
        cin>>select;
        switch(select)
        {
        case 1:
            cout<<"输入要尾插的数据:(-1结束)>";
            while(cin>>Item && -1 != Item)
                SL.push_back(Item);
            break;

        case 2:
            cout<<"输入要头插的数据:(-1结束)>";
            while(cin>>Item && -1 != Item)
                SL.push_front(Item);
            break;

        case 3:
            SL.show_list();
            break;
        case 4:
            SL.pop_back();
            break;

        case 5:
            SL.pop_front();
            break;

        case 6:
            cout<<"输入要插入的数据:>";
            cin>>Item;
            SL.insert_val(Item);
            break;

        case 7:
            cout<<"链表长度为："<<SL.length()<<endl;
            break;

        case 8:
            cout<<"输入要查找的数据:>";
            cin>>Item;
            SL.find(Item);
            break;

        case 9:
            SL.merge(SL1, SL2);
            break;

        case 10:
            cout<<"输入要删除的数据:>";
            cin>>Item;
            SL.delete_val(Item);
            break;

        case 11:
            SL.sort();
            break;

        case 12:
            SL.reserve();
            break;

        case 13:
            SL.next(0);
            break;

        case 14:
            SL.prio(0);
            break;

        case 15:
            SL.clear();
            break;

        case 16:
            SL.~StaticList();
            break;

        default:
            break;
        }
    }
}

下面是测试截图：