第 2 章 线性表 （设立尾指针的单循环链表（链式存储结构）实现）

news2024/10/11 12:24:46

1. 背景说明

循环链表(circular linked list)，是另一种形式的链式存储结构。它的特点是表中最后一个结点的指针域指向头结点，

整个链表形成一个环。由此，从表中任一结点出发均可找到表中其他结点 。

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_NULL(pointer) if (!(pointer)) { \
	printf("FuncName: %-15s Line: %-5d ErrorCode: %-3d\n", __func__, __LINE__, ERR_NULL_PTR); \
	return NULL; \
}

#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) cycleSingleList.h

/* 设立尾指针的单循环链表实现头文件 */

#ifndef CYCLESINGLELINKLIST_H
#define CYCLESINGLELINKLIST_H

#include "status.h"

typedef int ElemType;

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

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

/* 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 */
Bollean ListEmpty(LinkList L);

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

/* 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);

/* 初始条件：线性表 L 已存在，compare() 是数据元素判定函数
   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 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(LinkList 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(LinkList L, ElemType curr_e, ElemType *next_e);

/* 在 L 的第 i 个位置之前插入元素 e */
Status ListInsert(int i, ElemType e, LinkList *L);

/* 删除 L 的第 i 个元素,并由 e 返回其值 */
Status ListDelete(int i, LinkList *L, ElemType *e);

/* 初始条件: 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 // !CYCLESINGLELINKLIST_H

3) cycleSingleLink.c

/* 设立尾指针的单循环链表实现源文件 */

#include "cycleSingleLinkList.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>


/* 辅助函数，创建一个新的节点 */
static LinkList MakeNewLNode(ElemType e)
{
	LinkList newLNode = (LinkList)malloc(sizeof(struct LNode));
	CHECK_NULL(newLNode)
	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));
	CHECK_VALUE(!(*L), ERR_MEMORY_ALLOCATE)
	(*L)->next = *L;

	return RET_OK;
}

/* 操作结果：销毁线性表 L, *L 指的是尾指针 */
Status DestroyList(LinkList *L)
{
	LinkList p = (*L)->next;
	while (p != *L) {
		LinkList q = p->next;
		free(p);
		p = q;
	}

	free(*L);
	*L = NULL;

	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)
{
	*L = (*L)->next;
	LinkList p = (*L)->next;
	while (p != *L) {
		LinkList q = p->next;
		free(p);
		p = q;
	}

	(*L)->next = *L;

	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 */
Bollean ListEmpty(LinkList L)
{
	return (L->next == L) ? TRUE : FALSE;
}

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

	return length;
}

/* 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)
{
	LinkList p = L->next->next;
	CHECK_VALUE((i < 1 || i > ListLength(L)), ERR_PARA)
	int pos = 0;
	while (pos < i - 1) {
		p = p->next;
		++pos;
	}

	*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
   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))
{
	LinkList p = L->next->next;
	int pos = 0;
	while (p != L->next) {
		++pos;
		if (compare(p->data, e)) {
			return pos;
		}

		p = p->next;
	}

	return 0;
}

/* 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(LinkList L, ElemType curr_e, ElemType *pre_e)
{
	LinkList p = L->next->next;
	LinkList q = p->next;
	while (q != L->next) {
		if (q->data == curr_e) {
			*pre_e = p->data;
			return TRUE;
		}

		p = q;
		q = q->next;
	}

	return FALSE;
}

/* 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(LinkList L, ElemType curr_e, ElemType *next_e)
{
	LinkList p = L->next->next;
	while (p != L) {
		if (p->data == curr_e) {
			*next_e = p->next->data;
			return TRUE;
		}

		p = p->next;
	}

	return FALSE;
}

/* 在 L 的第 i 个位置之前插入元素 e */
Status ListInsert(int i, ElemType e, LinkList *L)
{
	CHECK_VALUE((i < 1 || i > ListLength(*L) + 1), ERR_PARA)
	LinkList p = (*L)->next;
	int pos = 0;
	while (pos < i - 1) {
		++pos;
		p = p->next;
	}

	LinkList newLNode = MakeNewLNode(e);
	CHECK_VALUE(!newLNode, ERR_MEMORY_ALLOCATE)
	newLNode->next = p->next;
	p->next = newLNode;
	if (p == *L) {
		*L = newLNode;
	}

	return RET_OK;
}

/* 删除 L 的第 i 个元素,并由 e 返回其值 */
Status ListDelete(int i, LinkList *L, ElemType *e)
{
	LinkList p = (*L)->next;
	CHECK_VALUE((i < 1 || i > ListLength(*L)), ERR_PARA)
	int pos = 0;
	while (pos < i - 1) {
		++pos;
		p = p->next;
	}

	LinkList q = p->next;
	p->next = q->next;
	*e = q->data;
	if (q == *L) {
		*L = p;
	}

	free(q);

	return RET_OK;
}

/* 初始条件: 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->next;
	while (p != L->next) {
		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 "cycleSingleLinkList.h"

/* 算法，合并两个已知尾指针的循环链表 */
Status MergeList(const LinkList Lb, LinkList *La);

#endif // !ALGORITHM_H

5) algorithm.c

/* 算法实现源文件 */

#include "algorithm.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

/* 算法，合并两个已知尾指针的循环链表 */
Status MergeList(const LinkList Lb, LinkList *La)
{
	CHECK_VALUE(ListEmpty(Lb), ERR_NULL_PTR)
	CHECK_VALUE(ListEmpty(*La), ERR_NULL_PTR)
	LinkList p = (*La)->next;
	(*La)->next = Lb->next->next;
	free(Lb->next);
	Lb->next = p;
	*La = Lb;

	return RET_OK;
}

6) main.c

/* 入口程序源文件 */

#include "cycleSingleLinkList.h"
#include "algorithm.h"
#include <stdio.h>

void Visit(ElemType e);
Status Compare(ElemType e1, ElemType e2);

int main(void)
{
	LinkList L;
	Status ret = InitList(&L);
	CHECK_RET(ret)
	printf("LinkList L is %s\n", (ListEmpty(L) == TRUE) ? "empty" : "not empty");
	ListInsert(1, 3, &L);
	ListInsert(2, 5, &L);
	ElemType e;
	GetElem(L, 1, &e);
	printf("The length of L is %d, the value of 1th element is %d\n", ListLength(L), e);
	printf("The elements in L is: ");
	ListTraverse(L, Visit);
	putchar('\n');
	PriorElem(L, 5, &e);
	printf("The previous element of 5 is %d\n", e);
	NextElem(L, 3, &e);
	printf("The next element of 3 is %d\n", e);
	printf("LinkList L is %s\n", (ListEmpty(L) == TRUE) ? "empty" : "not empty");
	ret = LocateElem(L, 5, Compare);
	if (ret) {
		printf("The %dth element of L is %d\n", ret, 5);
	} else {
		printf("The element 5 is not exist in L.\n");
	}

	printf("Delete the 2th element of L\n");
	ret = ListDelete(2, &L, &e);
	if (ret == RET_OK) {
		printf("The element deleted is %d, Now the elements in L is: ", e);
		ListTraverse(L, Visit);
		putchar('\n');
	} else {
		printf("Delete element failed!\n");
	}

	printf("Clear L %s\n", (ClearList(&L) == RET_OK) ? "success" : "not success");
	printf("Now L is %s\n", (ListEmpty(L) == TRUE) ? "empty" : "not empty");
	printf("Destroy L %s\n", (DestroyList(&L) == TRUE) ? "success" : "not success");

	/* Algorithm Test */
	LinkList La, Lb;
	InitList(&La);
	InitList(&Lb);
	for (int i = 0; i < 5; ++i) {
		ListInsert(i + 1, i + 1, &La);
		ListInsert(i + 1, (i + 1) * 2, &Lb);
	}

	printf("After initialize La, La is: ");
	ListTraverse(La, Visit);
	putchar('\n');
	printf("After initialize Lb, Lb is: ");
	ListTraverse(Lb, Visit);
	putchar('\n');
	MergeList(Lb, &La);
	printf("After merge La and Lb, La is: ");
	ListTraverse(La, Visit);
	putchar('\n');
	DestroyList(&La);

	return 0;
}

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

Status Compare(ElemType e1, ElemType e2)
{
	return (e1 == e2) ? TRUE : FALSE;
}

3. 输出示例

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