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纸上谈兵: 表 (list)

作者:Vamei 出处:http://www.cnblogs.com/vamei 欢迎转载,也请保留这段声明。谢谢!

表(list)是常见的数据结构。从数学上来说,表是一个有序的元素集合。在C语言的内存中,表储存为分散的节点(node)。每个节点包含有一个元素,以及一个指向下一个(或者上一个)元素的指针。如下图所示:

纸上谈兵: 表 (list)

表: 橙色储存数据,蓝色储存指针

图中的表中有四个节点。第一个节点是头节点(head node),这个节点不用于储存元素,只用于标明表的起始。头节点可以让我们方便的插入或者删除表的第一个元素。整个表中包含有三个元素(5, 2, 15)。每个节点都有一个指针,指向下一个节点。最后一个节点的指针为NULL,我们用“接地”来图示该指针。

表的功能与数组(array)很类似,数组也是有序的元素集合,但数组在内存中为一段连续内存,而表的每个节点占据的内存可以是离散的。在数组中,我们通过跳过固定的内存长度来寻找某个编号的元素。但在表中,我们必须沿着指针联系起的长链,遍历查询元素。此外,数组有固定的大小,表可以根据运行情况插入或者删除节点,动态的更改大小。表插入节点时需要从进程空间的堆中开辟内存空间,用以储存节点。删除节点可以将节点占据的内存归还给进程空间。

纸上谈兵: 表 (list)

删除节点, free释放内存

纸上谈兵: 表 (list)

插入节点,malloc开辟内存

表有多种变种。上面的表中,指针指向是从前向后的,称为单向链表(linked list)。还有双向链表(double-linked list),即每个节点增加一个指向前面一个元素的指针。以及循环链表(tabular list),最后一个元素的指针并不为NULL,而是指向头节点。不同类型的链表有不同的应用场景。

纸上谈兵: 表 (list)

双向链表

纸上谈兵: 表 (list)

循环链表

纸上谈兵: 表 (list)

双向循环链表

一个数据结构的实现有两方面: 1. 数据结构的内存表达方式; 2. 定义在该数据结构上的操作。我们这里实现最简单的单向链表。表所支持的操作很灵活多样,我们这里定义一些最常见的操作。每个操作都写成一个函数。

在main()函数中,我们初始化表,然后插入(1, 3, 5, 7, 9)。又删除元素5。可以看到,节点零散的分布在内存中。删除节点操作不会影响其他节点的存储位置。

我们随后删除表,又重新创建表。可以看到,这次表占据内存的位置与第一次不同。

下面是main()函数的运行结果。

Empty List

0x154d0b0: 1

0x154d090: 3

0x154d070: 5

0x154d050: 7

0x154d030: 9

0x154d070: 1

0x154d010: 3

0x154d0b0: 5

0x154d090: 7

0x154d050: 9

表: 内存中离散分布的有序节点

插入,删除节点

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