第 2 章 线性表 （线性表的静态单链表存储结构（一个数组只生成一个静态链表）实现）

news2024/11/24 13:02:10

1. 背景说明

A = { c, b, e, g, f, d }

B = { a, b, n, f }

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

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

#define CHECK_VALUE(value, ERR_CODE) if (value) { \
	printf("FuncName: %-15s Line: %-5d ErrorCode: %-3d\n", __func__, __LINE__, ERR_CODE); \
	return ERR_CODE; \
}

#define CHECK_FALSE(value, ERR_CODE) if (!(value)) { \
	printf("FuncName: %-15s Line: %-5d ErrorCode: %-3d\n", __func__, __LINE__, ERR_CODE); \
	return FALSE; \
} 

/* 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 */
#define ERR_NOT_FOUND			11			/* 表项不存在 */
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) staticLinkListSingle.h

/* 静态链表（一个数组只生成一个静态链表）实现头文件 */

#ifndef STATICLINKLISTSINGLE_H
#define STATICLINKLISTSINGLE_H

#include "status.h"

#define MAX_SIZE 100

typedef int ElemType;

typedef struct {
	ElemType data;
	int curr;
} SLinkList[MAX_SIZE];

/* 若备用链表非空,则返回分配的结点下标(备用链表的第一个结点),否则返回 0 */
int Malloc(SLinkList space);

/* 将下标为 i 的空闲结点回收到备用链表(成为备用链表的第一个结点) */
void Free(SLinkList space, int i);

/* 静态数组无法被销毁 */
void DestroyList(void);

/* 构造一个空的链表，表头为 L 的最后一个单元 L[MAXSIZE - 1]，其余单元链成
   一个备用链表，表头为 L 的第一个单元 L[0]，'0' 表示空指针 */
void InitList(SLinkList 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(SLinkList L);

/* 若 L 是空表，返回 TRUE；否则返回 FALSE */
Bollean ListEmpty(SLinkList L);

/* 返回 L 中数据元素个数 */
int ListLength(SLinkList L);

/* 用 e 返回 L 中第 i 个元素的值 */
Status GetElem(SLinkList L, int i, ElemType *e);

/* 算法 2.13, 在静态单链线性表 L 中查找第 1 个值为 e 的元素。若找到，则返回它
   在 L 中的位序，否则返回 0 */
int LocateElem(SLinkList L, ElemType e);

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

/* 初始条件：线性表 L 已存在
   操作结果：若 curr_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, 否则操作失败，next_e 无定义 */
Status NextElem(SLinkList L, ElemType curr_e, ElemType *next_e);

/* 在 L 中第 i 个元素之前插入新的数据元素 e */
Status ListInsert(SLinkList L, int i, ElemType e);

/* 删除在 L 中第 i 个数据元素 e，并返回其值 */
Status ListDelete(SLinkList 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(SLinkList L, void(*vi)(ElemType));

#endif

3) staticLinkListSingle.c

/* 静态链表（一个数组只生成一个静态链表）实现源文件 */

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

/* 若备用链表非空,则返回分配的结点下标(备用链表的第一个结点),否则返回 0 */
int Malloc(SLinkList space)
{
	int i = space[0].curr;
	if (i) {
		space[0].curr = space[i].curr;
	}

	return i;
}

/* 将下标为 i 的空闲结点回收到备用链表(成为备用链表的第一个结点) */
void Free(SLinkList space, int i)
{
	space[i].curr = space[0].curr;
	space[0].curr = i;
}

/* 静态数组无法被销毁 */
void DestroyList(void)
{
	printf("Static array do not need to free memory!\n");
}

/* 构造一个空的链表，表头为 L 的最后一个单元 L[MAXSIZE - 1]，其余单元链成
   一个备用链表，表头为 L 的第一个单元 L[0]，'0' 表示空指针 */
void InitList(SLinkList L)
{
	L[MAX_SIZE - 1].curr = 0;
	for (int i = 0; i < MAX_SIZE - 2; ++i) {
		L[i].curr = i + 1;
	}

	L[MAX_SIZE - 2].curr = 0;
}

/* 初始条件：线性表 L 已存在
   操作结果：将 L 重置为空表 */
Status ClearList(SLinkList L)
{
	int i = L[MAX_SIZE - 1].curr;
	L[MAX_SIZE - 1].curr = 0;
	int k = L[0].curr;
	L[0].curr = i;
	int j;
	while (i) {
		j = i;
		i = L[i].curr;
	}

	L[j].curr = k;

	return RET_OK;
}

/* 若 L 是空表，返回 TRUE；否则返回 FALSE */
Bollean ListEmpty(SLinkList L)
{
	return (L[MAX_SIZE - 1].curr == 0) ? TRUE : FALSE;
}

/* 返回 L 中数据元素个数 */
int ListLength(SLinkList L)
{
	int length = 0;
	int i = L[MAX_SIZE - 1].curr;
	while (i) {
		i = L[i].curr;
		++length;
	}

	return length;
}

/* 用 e 返回 L 中第 i 个元素的值 */
Status GetElem(SLinkList L, int i, ElemType *e)
{
	CHECK_VALUE(((i < 1) || (i > ListLength(L))), ERR_PARA)
	int head = MAX_SIZE - 1;
	for (int j = 0; j < i; ++j) {
		head = L[head].curr;
	}

	*e = L[head].data;

	return RET_OK;
}

/* 算法 2.13, 在静态单链线性表 L 中查找第 1 个值为 e 的元素。若找到，则返回它
   在 L 中的位序，否则返回 0 */
int LocateElem(SLinkList L, ElemType e)
{
	int i = L[MAX_SIZE - 1].curr;
	while ((i) && (L[i].data != e)) {
		i = L[i].curr;
	}

	return i;
}

/* 初始条件：线性表 L 已存在
   操作结果：若 curr_e 是 L 的数据元素，且不是第一个，则用 pre_e返回它的前驱否
   则操作失败，pre_e 无定义 */
Status PriorElem(SLinkList L, ElemType curr_e, ElemType *pre_e)
{
	int i = L[MAX_SIZE - 1].curr;
	int j;
	do {
		j = i;
		i = L[i].curr;
	} while ((i) && (L[i].data != curr_e));

	if (i) {
		*pre_e = L[j].data;
		return RET_OK;
	}

	printf("FuncName: %-15s Line: %-5d ErrorCode: %-3d\n", __func__, __LINE__, ERR_NOT_FOUND);

	return ERR_NOT_FOUND;
}

/* 初始条件：线性表 L 已存在
   操作结果：若 curr_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, 否则操作失败，next_e 无定义 */
Status NextElem(SLinkList L, ElemType curr_e, ElemType *next_e)
{
	int i = LocateElem(L, curr_e);
	int j;
	if (i) {
		j = L[i].curr;
		if (j) {
			*next_e = L[j].data;
			return RET_OK;
		}
	}

	printf("FuncName: %-15s Line: %-5d ErrorCode: %-3d\n", __func__, __LINE__, ERR_NOT_FOUND);

	return ERR_NOT_FOUND;
}

/* 在 L 中第 i 个元素之前插入新的数据元素 e */
Status ListInsert(SLinkList L, int i, ElemType e)
{
	CHECK_VALUE((i < 1) || i > ListLength(L) + 1, ERR_PARA)
	int j = Malloc(L);
	CHECK_VALUE(!j, ERR_MEMORY_ALLOCATE)
	L[j].data = e;
	int head = MAX_SIZE - 1;
	for (int k = 0; k < i - 1; ++k) {
		head = L[head].curr;
	}

	L[j].curr = L[head].curr;
	L[head].curr = j;

	return RET_OK;
}

/* 删除在 L 中第 i 个数据元素 e，并返回其值 */
Status ListDelete(SLinkList L, int i, ElemType *e)
{
	CHECK_VALUE((i < 1) || i > ListLength(L), ERR_PARA)
	int head = MAX_SIZE - 1;
	int j;
	for (j = 0; j < i - 1; ++j) {
		head = L[head].curr;
	}

	j = L[head].curr;
	L[head].curr = L[j].curr;
	*e = L[j].data;
	Free(L, j);

	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(SLinkList L, void(*vi)(ElemType))
{
	int i = L[MAX_SIZE - 1].curr;
	while (i) {
		vi(L[i].data);
		i = L[i].curr;
	}

	return RET_OK;
}

4) main.c

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

void Visit(ElemType e);

int main(void)
{
	SLinkList L;
	InitList(L);
	for (int i = 0; i < 5; ++i) {
		ListInsert(L, 1, i + 1);
	}

	printf("After insert 1 ~ 5 in head of L, L is: ");
	ListTraverse(L, Visit);
	putchar('\n');
	printf("L is %s, the length of L is %d\n", ((ListEmpty(L) == TRUE) ? "empty" : "not empty"),
		ListLength(L));
	ClearList(L);
	printf("After clear L, L is: ");
	ListTraverse(L, Visit);
	putchar('\n');
	printf("L is %s, the length of L is %d\n", ((ListEmpty(L) == TRUE) ? "empty" : "not empty"),
		ListLength(L));
	for (int i = 0; i < 10; ++i) {
		ListInsert(L, i + 1, i + 1);
	}

	printf("After insert 1 ~ 10 in tail of L, L is: ");
	ListTraverse(L, Visit);
	putchar('\n');
	ElemType e;
	GetElem(L, 5, &e);
	printf("The %dth element of L is %d\n", 5, e);
	for (int i = 0; i < 2; ++i) {
		int pos = LocateElem(L, i);
		if (pos) {
			printf("The order of element %d in L is %d\n", i, pos);
		} else {
			printf("Element %d is not exist in L\n", i);
		}
	}

	for (int i = 1; i < 3; ++i) {
		ElemType e, prior;
		GetElem(L, i, &e);
		Status ret = PriorElem(L, e, &prior);
		if (ret == RET_OK) {
			printf("The previous element of %d is %d\n", e, prior);
		} else {
			printf("The previous element of %d is not exist.\n", e);
		}
	}

	for (int i = ListLength(L) - 1; i <= ListLength(L); ++i) {
		ElemType e, next;
		GetElem(L, i, &e);
		Status ret = NextElem(L, e, &next);
		if (ret == RET_OK) {
			printf("The next element of %d is %d\n", e, next);
		} else {
			printf("The next element of %d is not exist.\n", e);
		}
	}

	int length = ListLength(L);
	for (int i = length + 1; i >= length; --i) {
		ElemType e;
		Status ret = ListDelete(L, i, &e);
		if (ret == RET_OK) {
			printf("The element deleted is %d\n", e);
		} else {
			printf("Delete %dth element failed!\n", i);
		}
	}

	printf("Now, the element in L is: ");
	ListTraverse(L, Visit);
	putchar('\n');

	DestroyList();

	return 0;
}

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

3. 运行示例

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