阅读:0       作者:解学武

静态链表基本操作(C语言实现)详解

上节,我们初步创建了一个静态链表,本节学习有关静态链表的一些基本操作,包括对表中数据元素的添加、删除、查找和更改。

本节是建立在已能成功创建静态链表的基础上,因此我们继续使用上节中已建立好的静态链表学习本节内容,建立好的静态链表如 1 所示:

建立好的静态链表
图 1 建立好的静态链表

静态链表添加元素

例如,在图 1 的基础,将元素 4 添加到静态链表中的第 3 个位置上,实现过程如下:
  1. 从备用链表中摘除一个节点,用于存储元素 4;
  2. 找到表中第 2 个节点(添加位置的前一个节点,这里是数据元素 2),将元素 2 的游标赋值给新元素 4;
  3. 将元素 4 所在数组中的下标赋值给元素 2 的游标;

经过以上几步操作,数据元素 4 就成功地添加到了静态链表中,此时新的静态链表如图 2 所示:


图 2 添加元素 4 的静态链表

由此,我们通过尝试编写 C 语言程序实现以上操作。读者可参考如下程序:
//向链表中插入数据,body表示链表的头结点在数组中的位置,add表示插入元素的位置,num表示要插入的数据
void insertArr(component * array, int body, int add, int num) {
    int tempBody = body;//tempBody做遍历结构体数组使用
    int i = 0, insert = 0;
    //找到要插入位置的上一个结点在数组中的位置
    for (i = 1; i < add; i++) {
        tempBody = array[tempBody].cur;
    }
    insert = mallocArr(array);//申请空间,准备插入
    array[insert].data = num;

    array[insert].cur = array[tempBody].cur;//新插入结点的游标等于其直接前驱结点的游标
    array[tempBody].cur = insert;//直接前驱结点的游标等于新插入结点所在数组中的下标
}

静态链表删除元素

静态链表中删除指定元素,只需实现以下 2 步操作:
  1. 将存有目标元素的节点从数据链表中摘除;
  2. 将摘除节点添加到备用链表,以便下次再用;

比较特殊的是,对于无头结点的数据链表来说,如果需要删除头结点,则势必会导致数据链表的表头不再位于数组下标为 1 的位置,换句话说,删除头结点之后,原数据链表中第二个结点将作为整个链表新的首元结点。

若问题中涉及大量删除元素的操作,建议读者在建立静态链表之初创建一个带有头节点的静态链表,方便实现删除链表中第一个数据元素的操作。

如下是针对无头结点的数据链表,实现删除操作的 C 语言代码:
//删除结点函数,num表示被删除结点中数据域存放的数据,函数返回新数据链表的表头位置
int deletArr(component * array, int body, int num) {
    int tempBody = body;
    int del = 0;
    int newbody = 0;
    //找到被删除结点的位置
    while (array[tempBody].data != num) {
        tempBody = array[tempBody].cur;
        //当tempBody为0时,表示链表遍历结束,说明链表中没有存储该数据的结点
        if (tempBody == 0) {
            printf("链表中没有此数据");
            return;
        }
    }
    //运行到此,证明有该结点
    del = tempBody;
    tempBody = body;
    //删除首元结点,需要特殊考虑
    if (del == body) {
        newbody = array[del].cur;
        freeArr(array, del);
        return newbody;
    }
    else
    {
        //找到该结点的上一个结点,做删除操作
        while (array[tempBody].cur != del) {
            tempBody = array[tempBody].cur;
        }
        //将被删除结点的游标直接给被删除结点的上一个结点
        array[tempBody].cur = array[del].cur;
        //回收被摘除节点的空间
        freeArr(array, del);
        return body;
    }  
}

静态链表查找元素

静态链表查找指定元素,由于我们只知道静态链表第一个元素所在数组中的位置,因此只能通过逐个遍历静态链表的方式,查找存有指定数据元素的节点。

静态链表查找指定数据元素的 C 语言实现代码如下:
//在以body作为头结点的链表中查找数据域为elem的结点在数组中的位置
int selectNum(component * array, int body, int num) {
    //当游标值为0时,表示链表结束
    while (array[body].cur != 0) {
        if (array[body].data == num) {
            return body;
        }
        body = array[body].cur;
    }
    //判断最后一个结点是否符合要求
    if (array[body].data == num) {
        return body;
    }
    return -1;//返回-1,表示在链表中没有找到该元素
}

静态链表中更改数据

更改静态链表中的数据,只需找到目标元素所在的节点,直接更改节点中的数据域即可。

实现此操作的 C 语言代码如下:
//在以body作为头结点的链表中将数据域为oldElem的结点,数据域改为newElem
void amendElem(component * array, int body, int oldElem, int newElem) {
    int add = selectNum(array, body, oldElem);
    if (add == -1) {
        printf("无更改元素");
        return;
    }
    array[add].data = newElem;
}

总结

这里给出以上对静态链表做 "增删查改" 操作的完整实现代码:
#include <stdio.h>
#define maxSize 7
typedef struct {
    int data;
    int cur;
}component;
//将结构体数组中所有分量链接到备用链表中
void reserveArr(component *array);
//初始化静态链表
int initArr(component *array);
//向链表中插入数据,body表示链表的头结点在数组中的位置,add表示插入元素的位置,num表示要插入的数据
void insertArr(component * array, int body, int add, int num);
//删除链表中存有num的结点,返回新数据链表中第一个节点所在的位置
int deletArr(component * array, int body, int num);
//查找存储有num的结点在数组的位置
int selectNum(component * array, int body, int num);
//将链表中的字符oldElem改为newElem
void amendElem(component * array, int body, int oldElem, int newElem);
//输出函数
void displayArr(component * array, int body);
//从备用链表中摘除空闲节点的实现函数
int mallocArr(component * array);
//将摘除下来的节点链接到备用链表上
void freeArr(component * array, int k);

int main() {
    component array[maxSize];
    int body = initArr(array);
    int selectAdd;
    printf("静态链表为:\n");
    displayArr(array, body);

    printf("在第3的位置上插入元素4:\n");
    insertArr(array, body, 3, 4);
    displayArr(array, body);

    printf("删除数据域为1的结点:\n");
    body = deletArr(array, body, 1);
    displayArr(array, body);

    printf("查找数据域为4的结点的位置:\n");
    selectAdd = selectNum(array, body, 4);
    printf("%d\n", selectAdd);
    printf("将结点数据域为4改为5:\n");
    amendElem(array, body, 4, 5);
    displayArr(array, body);
    return 0;
}
//创建备用链表
void reserveArr(component *array) {
    int i = 0;
    for (i = 0; i < maxSize; i++) {
        array[i].cur = i + 1;//将每个数组分量链接到一起
    }
    array[maxSize - 1].cur = 0;//链表最后一个结点的游标值为0
}

//初始化静态链表
int initArr(component *array) {
    int tempBody = 0, body = 0;
    int i = 0;
    reserveArr(array);
    body = mallocArr(array);
    //建立首元结点
    array[body].data = 1;
    array[body].cur = 0;
    //声明一个变量,把它当指针使,指向链表的最后的一个结点,当前和首元结点重合
    tempBody = body;
    for (i = 2; i < 4; i++) {
        int j = mallocArr(array); //从备用链表中拿出空闲的分量
        array[j].data = i;      //初始化新得到的空间结点
        array[tempBody].cur = j; //将新得到的结点链接到数据链表的尾部
        tempBody = j;             //将指向链表最后一个结点的指针后移
    }
    array[tempBody].cur = 0;//新的链表最后一个结点的指针设置为0
    return body;
}

//向链表中插入数据,body表示链表的头结点在数组中的位置,add表示插入元素的位置,num表示要插入的数据
void insertArr(component * array, int body, int add, int num) {
    int tempBody = body;//tempBody做遍历结构体数组使用
    int i = 0, insert = 0;
    //找到要插入位置的上一个结点在数组中的位置
    for (i = 1; i < add; i++) {
        tempBody = array[tempBody].cur;
    }
    insert = mallocArr(array);//申请空间,准备插入
    array[insert].data = num;

    array[insert].cur = array[tempBody].cur;//新插入结点的游标等于其直接前驱结点的游标
    array[tempBody].cur = insert;//直接前驱结点的游标等于新插入结点所在数组中的下标
}

//删除结点函数,num表示被删除结点中数据域存放的数据
int deletArr(component * array, int body, int num) {
    int tempBody = body;
    int del = 0;
    int newbody = 0;
    //找到被删除结点的位置
    while (array[tempBody].data != num) {
        tempBody = array[tempBody].cur;
        //当tempBody为0时,表示链表遍历结束,说明链表中没有存储该数据的结点
        if (tempBody == 0) {
            printf("链表中没有此数据");
            return;
        }
    }
    //运行到此,证明有该结点
    del = tempBody;
    tempBody = body;
    //删除首元结点,需要特殊考虑
    if (del == body) {
        newbody = array[del].cur;
        freeArr(array, del);
        return newbody;
    }
    else
    {
        //找到该结点的上一个结点,做删除操作
        while (array[tempBody].cur != del) {
            tempBody = array[tempBody].cur;
        }
        //将被删除结点的游标直接给被删除结点的上一个结点
        array[tempBody].cur = array[del].cur;
        //回收被摘除节点的空间
        freeArr(array, del);
        return body;
    }  
}

//在以body作为头结点的链表中查找数据域为elem的结点在数组中的位置
int selectNum(component * array, int body, int num) {
    //当游标值为0时,表示链表结束
    while (array[body].cur != 0) {
        if (array[body].data == num) {
            return body;
        }
        body = array[body].cur;
    }
    //判断最后一个结点是否符合要求
    if (array[body].data == num) {
        return body;
    }
    return -1;//返回-1,表示在链表中没有找到该元素
}

//在以body作为头结点的链表中将数据域为oldElem的结点,数据域改为newElem
void amendElem(component * array, int body, int oldElem, int newElem) {
    int add = selectNum(array, body, oldElem);
    if (add == -1) {
        printf("无更改元素");
        return;
    }
    array[add].data = newElem;
}

void displayArr(component * array, int body) {
    int tempBody = body;//tempBody准备做遍历使用
    while (array[tempBody].cur) {
        printf("%d,%d ", array[tempBody].data, array[tempBody].cur);
        tempBody = array[tempBody].cur;
    }
    printf("%d,%d\n", array[tempBody].data, array[tempBody].cur);

}

//提取分配空间
int mallocArr(component * array) {
    //若备用链表非空,则返回分配的结点下标,否则返回0(当分配最后一个结点时,该结点的游标值为0)
    int i = array[0].cur;
    if (array[0].cur) {
        array[0].cur = array[i].cur;
    }
    return i;
}

//备用链表回收空间的函数,其中array为存储数据的数组,k表示未使用节点所在数组的下标
void freeArr(component * array, int k) {
    array[k].cur = array[0].cur;
    array[0].cur = k;
}
程序运行结果为:

静态链表为:
1,2 2,3 3,0
在第3的位置上插入元素4:
1,2 2,3 3,4 4,0
删除数据域为1的结点:
2,3 3,4 4,0
查找数据域为4的结点的位置:
4
将结点数据域为4改为5:
2,3 3,4 5,0