C++ 实现静态链表的简单实例

C++ 实现静态链表的简单实例

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：

感谢阅读，希望能帮助到大家，谢谢大家对本站的支持！