第 2 章 线性表 （线性表的单链表存储结构实现）

news2024/11/25 23:32:03

1. 背景说明

 

2. 示例代码 

1) status.h

/* DataStructure 预定义常量和类型头文件 */

#ifndef STATUS_H
#define STATUS_H

/* 函数结果状态码 */
#define TRUE 					1			/* 返回值为真 */
#define FALSE 					0			/* 返回值为假 */
#define RET_OK 					0			/* 返回值正确 */
#define INFEASIABLE    		   	2			/* 返回值未知 */
#define ERR_MEMORY     		   	3			/* 访问内存错 */
#define ERR_NULL_PTR   			4			/* 空指针错误 */
#define ERR_MEMORY_ALLOCATE		5			/* 内存分配错 */
#define ERR_NULL_STACK			6			/* 栈元素为空 */
#define ERR_PARA				7			/* 函数参数错 */
#define ERR_OPEN_FILE			8			/* 打开文件错 */
#define ERR_NULL_QUEUE			9			/* 队列为空错 */
#define ERR_FULL_QUEUE			10			/* 队列为满错 */
typedef int Status;							/* Status 是函数的类型,其值是函数结果状态代码，如 RET_OK 等 */
typedef int Bollean;						/* Boolean 是布尔类型,其值是 TRUE 或 FALSE */

#endif // !STATUS_H

2) singleLinkList.h

/* 线性表的单链表存储结构头文件 */

#ifndef SINGLELINKLIST_H
#define SINGLELINKLIST_H

#include "status.h"

typedef int ElemType;

typedef struct LNode {
	ElemType data;
	struct LNode *next;
} *LinkList;

/* 辅助函数，创建一个新的节点 */
LinkList MakeNewLNode(ElemType e);

/* 操作结果：构造一个空的线性表 L */
Status InitList(LinkList *L);

/* 初始条件：线性表 L 已存在。操作结果：销毁线性表 L */
Status DestroyList(LinkList *L);

/* 初始条件：线性表 L 已存在。操作结果：将 L 重置为空表 */
Status ClearList(LinkList L);

/* 初始条件：线性表 L 已存在。操作结果：若 L 为空表，则返回 TRUE，否则返回 FALSE */
Status ListEmpty(LinkList L);

/* 初始条件：线性表 L 已存在。操作结果：返回 L 中数据元素个数 */
int ListLength(LinkList L);

/* 算法 2.8，L 为带头结点的单链表的头指针。当第 i 个元素存在时, 其值赋给 e 并返回 OK,否则返回 ERROR */
Status GetElem(LinkList L, int i, ElemType *e);

/* 初始条件: 线性表 L 已存在, compare() 是数据元素判定函数(满足为 1,否则为 0)
   操作结果: 返回 L 中第 1 个与 e 满足关系 compare() 的数据元素的位序。
   若这样的数据元素不存在,则返回值为 0 */
int LocateElem(LinkList L, ElemType e, Status(*compare)(ElemType, ElemType));

/* 初始条件: 线性表 L 已存在
   操作结果: 若 cur_e 是 L 的数据元素,且不是第一个,则用 pre_e 返回它的前驱
   函数返回 OK;否则操作失败, pre_e 无定义, 返回 INFEASIBLE */
Status PriorElem(LinkList L, ElemType cur_e, ElemType *pre_e);

/* 初始条件：线性表 L 已存在
   操作结果：若 cur_e 是 L 的数据元素，且不是最后一个，则用 next_e 返回它的后继
   函数返回 OK;否则操作失败，next_e无定义，返回 INFEASIBLE */
Status NextElem(LinkList L, ElemType cur_e, ElemType *next_e);

/* 算法 2.9，在带头结点的单链线性表 L 中第 i 个位置之前插入元素 e */
Status ListInsert(LinkList L, int i, ElemType e);

/* 算法 2.10，在带头结点的单链线性表 L 中，删除第 i 个元素,并由 e 返回其值 */
Status ListDelete(LinkList L, int i, ElemType *e);

/* 初始条件：线性表 L 已存在
   操作结果:依次对 L 的每个数据元素调用函数 vi()。一旦 vi() 失败,则操作失败 */
Status ListTraverse(LinkList L, void(*vi)(ElemType));

#endif

3) singleLinkList.c

/* 线性表的单链表存储结构源文件实现 */

#include "singleLinkList.h"
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <math.h>

/* 辅助函数，创建一个新的节点 */
LinkList MakeNewLNode(ElemType e)
{
	LinkList newLNode = (LinkList)malloc(sizeof(struct LNode));
	if (!newLNode) {
		printf("FuncName: %-15s Line: %-5d ErrorCode: %-3d\n", __func__, __LINE__, ERR_MEMORY_ALLOCATE);
		return NULL;
	}

	newLNode->data = e;
	newLNode->next = NULL;

	return newLNode;
}

/* 操作结果：构造一个空的线性表 L */
Status InitList(LinkList *L)
{
	*L = (LinkList)malloc(sizeof(struct LNode));
	if (!(*L)) {
		printf("FuncName: %-15s Line: %-5d ErrorCode: %-3d\n", __func__, __LINE__, ERR_MEMORY_ALLOCATE);
		return ERR_MEMORY_ALLOCATE;
	}

	(*L)->next = NULL;

	return RET_OK;
}

/* 初始条件：线性表 L 已存在。操作结果：销毁线性表 L */
Status DestroyList(LinkList *L)
{
	LinkList q;
	while (*L) {
		q = (*L)->next;
		free(*L);
		*L = q;
	}

	return RET_OK;
}

/* 初始条件：线性表 L 已存在。操作结果：将 L 重置为空表 */
Status ClearList(LinkList L)
{
	LinkList p, q;
	p = L->next;
	while (p) {
		q = p->next;
		free(p);
		p = q;
	}

	L->next = NULL;

	return RET_OK;
}

/* 初始条件：线性表 L 已存在。操作结果：若 L 为空表，则返回 TRUE，否则返回 FALSE */
Status ListEmpty(LinkList L)
{
	if (L->next) {
		return FALSE;
	}

	return TRUE;
}

/* 初始条件：线性表 L 已存在。操作结果：返回 L 中数据元素个数 */
int ListLength(LinkList L)
{
	int count = 0;
	LinkList p = L->next;
	while (p) {
		++count;
		p = p->next;
	}

	return count;
}

/* 算法 2.8，L 为带头结点的单链表的头指针。当第 i 个元素存在时, 其值赋给 e 并返回 RET_OK,否则返回 ERROR */
Status GetElem(LinkList L, int i, ElemType *e)
{
	int j = 1;
	LinkList p = L->next;
	while (p && j < i) {
		p = p->next;
		++j;
	}

	if (!p || j > i) {			/* j > i 适用于 i < 1 时，如 i = 0 */
		printf("FuncName: %-15s Line: %-5d ErrorCode: %-3d\n", __func__, __LINE__, ERR_PARA);
		return ERR_PARA;
	}

	*e = p->data;

	return RET_OK;
}

/* 初始条件: 线性表 L 已存在, compare() 是数据元素判定函数(满足为 1,否则为 0)
   操作结果: 返回 L 中第 1 个与 e 满足关系 compare() 的数据元素的位序。
   若这样的数据元素不存在,则返回值为 0 */
int LocateElem(LinkList L, ElemType e, Status(*compare)(ElemType, ElemType))
{
	int i = 0;
	LinkList p = L->next;
	while (p) {
		++i;
		if (compare(p->data, e)) {
			return i;
		}

		p = p->next;
	}

	return 0;
}

/* 初始条件: 线性表 L 已存在
   操作结果: 若 cur_e 是 L 的数据元素,且不是第一个,则用 pre_e 返回它的前驱
   函数返回 RET_OK;否则操作失败, pre_e 无定义, 返回 INFEASIBLE */
Status PriorElem(LinkList L, ElemType cur_e, ElemType *pre_e)
{
	LinkList q, p = L->next;
	while (p->next) {
		q = p->next;
		if (q->data == cur_e) {
			*pre_e = p->data;
			return RET_OK;
		}

		p = q;
	}

	return INFEASIABLE;
}

/* 初始条件：线性表 L 已存在
   操作结果：若 cur_e 是 L 的数据元素，且不是最后一个，则用 next_e 返回它的后继
   函数返回 RET_OK;否则操作失败，next_e无定义，返回 INFEASIBLE */
Status NextElem(LinkList L, ElemType cur_e, ElemType *next_e)
{
	LinkList p = L->next;
	while (p->next) {
		if (p->data == cur_e) {
			*next_e = p->next->data;
			return RET_OK;
		}

		p = p->next;
	}

	return INFEASIABLE;
}

/* 算法 2.9，在带头结点的单链线性表 L 中第 i 个位置之前插入元素 e */
Status ListInsert(LinkList L, int i, ElemType e)
{
	int j = 0;
	LinkList p = L;
	while (p && j < i - 1) {
		++j;
		p = p->next;
	}

	if (!p || j > i - 1) {				/* 超出表长或者 i < 1 */
		printf("FuncName: %-15s Line: %-5d ErrorCode: %-3d\n", __func__, __LINE__, ERR_PARA);
		return ERR_PARA;
	}

	LinkList newLNode = MakeNewLNode(e);
	if (!newLNode) {
		printf("FuncName: %-15s Line: %-5d ErrorCode: %-3d\n", __func__, __LINE__, ERR_MEMORY_ALLOCATE);
		return ERR_MEMORY_ALLOCATE;
	}

	newLNode->next = p->next;
	p->next = newLNode;

	return RET_OK;
}

/* 算法 2.10，在带头结点的单链线性表 L 中，删除第 i 个元素,并由 e 返回其值 */
Status ListDelete(LinkList L, int i, ElemType *e)
{
	int j = 0;
	LinkList p = L;
	while (p->next && j < i - 1) {
		++j;
		p = p->next;
	}

	if (!p->next || j > i - 1) {	/* 理论上 j 最多只能等于 i - 1, 但此处当参数不合法时可用， 建议单独判断参数合法性 */
		printf("FuncName: %-15s Line: %-5d ErrorCode: %-3d\n", __func__, __LINE__, ERR_PARA);
		return ERR_PARA;
	}

	LinkList q = p->next;
	p->next = q->next;
	*e = q->data;
	free(q);

	return RET_OK;
}

/* 初始条件：线性表 L 已存在
   操作结果:依次对 L 的每个数据元素调用函数 vi()。一旦 vi() 失败,则操作失败 */
Status ListTraverse(LinkList L, void(*vi)(ElemType))
{
	LinkList p = L->next;
	while (p) {
		vi(p->data);
		p = p->next;
	}

	return RET_OK;
}

4) algorithm.h

/* 算法定义头文件 */
#ifndef ALGORITHM_H
#define ALGORITHM_H

#include "singleLinkList.h"

/* 算法 2.11，逆位序(插在表头)输入 n 个元素的值，建立带表头结构的单链线性表 L */
void CreateList(LinkList *L, int n);

/* 正位序(插在表尾)输入 n 个元素的值，建立带表头结构的单链线性表 */
void CreateList2(LinkList *L, int n);

/* 算法 2.12，已知单链线性表 La 和 Lb 的元素按值非递减排列
   归并 La 和 Lb 得到新的单链线性表 Lc，Lc 的元素也按值非递减排列
   此处需要释放 Lb 头节点故需要传入 Lb 指针变量 */
void MergeList(LinkList La, LinkList *Lb, LinkList *Lc);

#endif // !ALGORITHM_H

5) algorithm.c

/* 算法实现源文件 */
#include "algorithm.h"
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

/* 算法 2.11，逆位序(插在表头)输入 n 个元素的值，建立带表头结构的单链线性表 L */
void CreateList(LinkList *L, int n)
{
	(void)InitList(L);
	printf("Please input %d integers: ", n);
	int num;
	LinkList p;
	for (int i = 0; i < n; ++i) {
		scanf_s("%d", &num);
		p = MakeNewLNode(num);
		p->next = (*L)->next;
		(*L)->next = p;
	}
}

/* 正位序(插在表尾)输入 n 个元素的值，建立带表头结构的单链线性表 */
void CreateList2(LinkList *L, int n)
{
	(void)InitList(L);
	LinkList q = *L, p;
	int num;
	printf("Please input %d integers: ", n);
	for (int i = 0; i < n; ++i) {
		scanf_s("%d", &num);
		p = MakeNewLNode(num);
		q->next = p;
		q = p;
	}
}

/* 算法 2.12，已知单链线性表 La 和 Lb 的元素按值非递减排列
   归并 La 和 Lb 得到新的单链线性表 Lc，Lc 的元素也按值非递减排列 
   此处需要释放 Lb 头节点故需要传入 Lb 指针变量 */
void MergeList(LinkList La, LinkList *Lb, LinkList *Lc)
{
	LinkList pa = La->next, pb = (*Lb)->next, pc = NULL;
	*Lc = pc = La;
	while (pa && pb) {
		if (pa->data <= pb->data) {
			pc->next = pa;
			pc = pa;
			pa = pa->next;
		}
		else {
			pc->next = pb;
			pc = pb;
			pb = pb->next;
		}
	}

	pc->next = pa ? pa : pb;
	free(*Lb);
}

6) auxiliary.h

/* 辅助函数定义头文件 */

#ifndef AUXILIARY_H
#define AUXILIARY_H
#include "singleLinkList.h"

void Visit(ElemType e);

#endif // !AUXILIARY_H

7) auxiliary.c

/* 辅助函数实现源文件 */

#include "auxiliary.h"
#include <stdio.h>

void Visit(ElemType e)
{
	printf("%d ", e);
}

8) main.c

/* 主函数入口源文件 */
#include "singleLinkList.h"
#include "algorithm.h"
#include "auxiliary.h"
#include <stdio.h>

int main(void)
{
	int n = 5;
	LinkList La;
	CreateList(&La, n);
	printf("La: ");
	ListTraverse(La, Visit);
	printf("\n");

	LinkList Lb;
	CreateList2(&Lb, n);
	printf("Lb: ");
	ListTraverse(Lb, Visit);
	putchar('\n');

	LinkList Lc;
	MergeList(La, &Lb, &Lc);
	printf("Lc: ");
	ListTraverse(Lc, Visit);
	putchar('\n');

	int ret = DestroyList(&Lc);
	if (ret != RET_OK) {
		printf("FuncName: %-15s Line: %-5d ErrorCode: %-3d\n", __func__, __LINE__, ret);
		return ret;
	}

	/* free() 的作用：仅仅是释放堆内存，不将指针置空 */
	printf("After Destroy list Lc, the address of Lc is %p\n", Lc);

	return 0;
}

3. 运行示例

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