数据结构04：静态链表

摘要：事实上，静态链表可以让我们更好地理解空间分配机制。由我们对一片空间来进行分配管理，如我们在链表中就用到了int *used来检查这篇空间是否被占用，模拟操作系统是如何判断一片空间是否被占用。

再者，我们对于静态链表的地址模拟选用了整型int next,用next来代表下一个访问数据的下标，实际上下标其实对于数组来说就是他的地址，我们有了地址就可以访问到对应地址存放的数据。这个东西对应的就是单链表的next，只不过单链表的next是操作系统分配给我们的真实地址，我们的目的就是模拟。

其实对于后续的插入，删除等基本操作，就和我们单链表差不太多。只是多了一步我们需要自己来确定是否有空间来进行操作，并且分配空间。

话不多说，我们来看一看静态链表到底是如何运转的。

一.代码块
1）创建链表

#define DEFAULT_SIZE 5 //与单链表不同，该链表我们所能控制的空间大小是一开始就确定的。 

typedef struct StaticLinkedNode
{
	char data; //数据域 

	int next; //这个是用来存放数组下标，即下一个数据地址的（我们用-1来模拟NULL） 
} *NodePtr;

typedef struct StaticLinkedList
{
	NodePtr nodes;
	int* used; //我们用used来确定空间是否被占用，占用赋1，未占用赋0； 
} *ListPtr;

2）初始化链表

ListPtr initLinkedList()
{
	ListPtr tempPtr = (ListPtr)malloc(sizeof(struct StaticLinkedList));

	//所有的空间都提前申请好了 
	tempPtr->nodes = (NodePtr)malloc(sizeof(struct StaticLinkedNode) * DEFAULT_SIZE);
	tempPtr->used = (int*)malloc(sizeof(int) * DEFAULT_SIZE);

	// 第一个结点数据域不能存放东西，但是他要占用我们申请的一个空间，所以我们实际能用的空间要比申请的少一个 
	tempPtr->nodes[0].data = '\0';
	tempPtr->nodes[0].next = -1;

	//这里初始化只有第一个结点是被占用的，我们给used赋值。 
	tempPtr->used[0] = 1;
	int i; 
	for (i = 1; i < DEFAULT_SIZE; i ++)
	{
		tempPtr->used[i] = 0;
	}

	return tempPtr;
}

3)打印链表

void printList(ListPtr paraListPtr)
{
	//这里如果从第0个开始打印，就把头结点的'\0'也打印出来了 
    int p = paraListPtr->nodes[0].next;
    //这样写直接从头结点后面第一个数据开始打印 
	while (p != -1) 
	{
		printf("%c", paraListPtr->nodes[p].data);
		p = paraListPtr->nodes[p].next;
	}
	printf("\r\n");
	
}

4）指定位置插入元素

void insertElement(ListPtr paraListPtr, char paraChar, int paraPosition){
	int p, q, i;
	//第一步仍然是帮助p找到他的位置	
	p = 0;
	//就相当于单链表里面的 p = paraHeader; 
	for (i = 0; i < paraPosition; i ++) 
	{
		p = paraListPtr->nodes[p].next;
		
		if (p == -1) 
		{
			printf("The position %d is beyond the scope of the list.\r\n", paraPosition);
			return;
		}
	}
	//第二步：找到正确的位置后，再看有没有空间来存放数据 
	//这一步就相当于malloc申请空间，只不过现在我们是操作系统，我们自己来分配空间 
	for (i = 1; i < DEFAULT_SIZE; i ++)
	{
		if (paraListPtr->used[i] == 0)
		{
			printf("Space at %d allocated.\r\n", i);
			paraListPtr->used[i] = 1;
			q = i;
			
			break;
		}
	}
	if (i == DEFAULT_SIZE)
	{
		printf("No space.\r\n");
		return;
	}
	
	paraListPtr->nodes[q].data = paraChar;
	//这里的操作其实就是和单链表一样的 
	printf("linking\r\n");
	paraListPtr->nodes[q].next = paraListPtr->nodes[p].next;
	paraListPtr->nodes[p].next = q;
}

5）删除指定元素

void deleteElement(ListPtr paraListPtr, char paraChar)
{
	int p, q;
	p = 0;
	/*有了插入元素的基础，我们不难发现，你把 paraListPtr->nodes[p].next换成 p->next
	然后就会发现所有的操作和单链表一模一样*/ 
	 
	//找到p的位置 
	while ((paraListPtr->nodes[p].next != -1) && (paraListPtr->nodes[paraListPtr->nodes[p].next].data != paraChar))
	{
		p = paraListPtr->nodes[p].next;
	}
	
	if (paraListPtr->nodes[p].next == -1) 
	{
		printf("Cannot delete %c\r\n", paraChar);
		return;
	}

	q = paraListPtr->nodes[p].next;
	paraListPtr->nodes[p].next = paraListPtr->nodes[paraListPtr->nodes[p].next].next;
	
	// 这一步就相当于free（q） 
	paraListPtr->used[q] = 0;
}

5）测试代码

void appendInsertDeleteTest()
{
	ListPtr tempList = initLinkedList();
	printList(tempList);

	// 像老师这样每一次都在最后一个插入不但测试到了两个边界，还测试到了没有空间的情况.
	insertElement(tempList, 'H', 0);
	insertElement(tempList, 'e', 1);
	insertElement(tempList, 'l', 2);
	insertElement(tempList, 'l', 3);
	insertElement(tempList, 'o', 4);
	printList(tempList);

	//删除测试 
	printf("Deleting 'e'.\r\n");
	deleteElement(tempList, 'e');
	printf("Deleting 'a'.\r\n");
	deleteElement(tempList, 'a');
	printf("Deleting 'o'.\r\n");
	deleteElement(tempList, 'o');
	printList(tempList);

	insertElement(tempList, 'x', 1);
	printList(tempList);
}

二.图示部分
我个人觉得，静态链表的插入删除操作完全和单链表一样。难在你要把我们用整形next指向下标也等于指向了地址这个操作理解，还有一点就是多了一个空间检测以及分配。
这两点理解到了后，对于其插入和删除的图示其实是完全等同于单链表的，如有需要，可以去我之前单链表和或者双链表文章里面查看。
三.全部代码

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>

#define DEFAULT_SIZE 5 //与单链表不同，该链表我们所能控制的空间大小是一开始就确定的。 

typedef struct StaticLinkedNode
{
	char data; //数据域 

	int next; //这个是用来存放数组下标，即下一个数据地址的（我们用-1来模拟NULL） 
} *NodePtr;

typedef struct StaticLinkedList
{
	NodePtr nodes;
	int* used; //我们用used来确定空间是否被占用，占用赋1，未占用赋0； 
} *ListPtr;

/**
 * Initialize the list with a header.
 * @return The pointer to the header.
 */
ListPtr initLinkedList()
{
	ListPtr tempPtr = (ListPtr)malloc(sizeof(struct StaticLinkedList));

	//所有的空间都提前申请好了 
	tempPtr->nodes = (NodePtr)malloc(sizeof(struct StaticLinkedNode) * DEFAULT_SIZE);
	tempPtr->used = (int*)malloc(sizeof(int) * DEFAULT_SIZE);

	// 第一个结点数据域不能存放东西，但是他要占用我们申请的一个空间，所以我们实际能用的空间要比申请的少一个 
	tempPtr->nodes[0].data = '\0';
	tempPtr->nodes[0].next = -1;

	//这里初始化只有第一个结点是被占用的，我们给used赋值。 
	tempPtr->used[0] = 1;
	int i; 
	for (i = 1; i < DEFAULT_SIZE; i ++)
	{
		tempPtr->used[i] = 0;
	}

	return tempPtr;
}


void printList(ListPtr paraListPtr)
{
	//这里如果从第0个开始打印，就把头结点的'\0'也打印出来了 
    int p = paraListPtr->nodes[0].next;
    //这样直接从头结点后面第一个数据开始打印 
	while (p != -1) 
	{
		printf("%c", paraListPtr->nodes[p].data);
		p = paraListPtr->nodes[p].next;
	}
	printf("\r\n");
	
}

void insertElement(ListPtr paraListPtr, char paraChar, int paraPosition){
	int p, q, i;
	//第一步仍然是帮助p找到他的位置	
	p = 0;
	//就相当于单链表里面的 p = paraHeader; 
	for (i = 0; i < paraPosition; i ++) 
	{
		p = paraListPtr->nodes[p].next;
		
		if (p == -1) 
		{
			printf("The position %d is beyond the scope of the list.\r\n", paraPosition);
			return;
		}
	}

	//第二步：找到正确的位置后，再看有没有空间来存放数据 
	//这一步就相当于malloc申请空间，只不过现在我们是操作系统，我们自己来分配空间 
	for (i = 1; i < DEFAULT_SIZE; i ++)
	{
		if (paraListPtr->used[i] == 0)
		{
			printf("Space at %d allocated.\r\n", i);
			paraListPtr->used[i] = 1;
			q = i;
			
			break;
		}
	}
	if (i == DEFAULT_SIZE)
	{
		printf("No space.\r\n");
		return;
	}
	
	paraListPtr->nodes[q].data = paraChar;
	//这里的操作其实就是和单链表一样的 
	printf("linking\r\n");
	paraListPtr->nodes[q].next = paraListPtr->nodes[p].next;
	paraListPtr->nodes[p].next = q;
}

void deleteElement(ListPtr paraListPtr, char paraChar)
{
	int p, q;
	p = 0;
	/*有了插入元素的基础，我们不难发现，你把 paraListPtr->nodes[p].next换成 p->next
	然后就会发现所有的操作和单链表一模一样*/ 
	 
	//找到p的位置 
	while ((paraListPtr->nodes[p].next != -1) && (paraListPtr->nodes[paraListPtr->nodes[p].next].data != paraChar))
	{
		p = paraListPtr->nodes[p].next;
	}
	
	if (paraListPtr->nodes[p].next == -1) 
	{
		printf("Cannot delete %c\r\n", paraChar);
		return;
	}

	q = paraListPtr->nodes[p].next;
	paraListPtr->nodes[p].next = paraListPtr->nodes[paraListPtr->nodes[p].next].next;
	
	// 这一步就相当于free（q） 
	paraListPtr->used[q] = 0;
}

/**
 * Unit test.
 */
void appendInsertDeleteTest()
{
	ListPtr tempList = initLinkedList();
	printList(tempList);

	// 像老师这样每一次都在最后一个插入不但测试到了两个边界，还测试到了没有空间的情况.
	insertElement(tempList, 'H', 0);
	insertElement(tempList, 'e', 1);
	insertElement(tempList, 'l', 2);
	insertElement(tempList, 'l', 3);
	insertElement(tempList, 'o', 4);
	printList(tempList);

	//删除测试 
	printf("Deleting 'e'.\r\n");
	deleteElement(tempList, 'e');
	printf("Deleting 'a'.\r\n");
	deleteElement(tempList, 'a');
	printf("Deleting 'o'.\r\n");
	deleteElement(tempList, 'o');
	printList(tempList);

	insertElement(tempList, 'x', 1);
	printList(tempList);
}


void main()
{
	appendInsertDeleteTest();
}

四.运行结果