表（list)

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表

表(list)是常見的資料結構。從數學上來說，表是一個有序的元素集合。在C語言的記憶體中，表儲存為分散的節點(node)。每個節點包含有一個元素，以及一個指向下一個(或者上一個)元素的指標。如所示:

表: 橙色儲存資料，藍色儲存指標

圖中的表中有四個節點。第一個節點是前端節點(head node)，這個節點不用於儲存元素，只用於標明表的起始。前端節點可以讓我們方便的插入或者刪除表的第一個元素。整個表中包含有三個元素(5， 2， 15)。每個節點都有一個指標，指向下一個節點。最後一個節點的指標為NULL，我們用“接地”來圖示該指標。

表的功能與數組(array)很類似，數組也是有序的元素集合，但數組在記憶體中為一段連續記憶體，而表的每個節點佔據的記憶體可以是離散的。在數組中，我們通過跳過固定的記憶體長度來尋找某個編號的元素。但在表中，我們必須沿著指標聯絡起的長鏈，遍曆查詢元素。此外，數組有固定的大小，表可以根據運行情況插入或者刪除節點，動態更改大小。表插入節點時需要從進程空間的堆中開闢記憶體空間，用以儲存節點。刪除節點可以將節點佔據的記憶體歸還給進程空間。

刪除節點, free釋放記憶體

 

插入節點，malloc開闢記憶體

 

表有多種變種。上面的表中，指標指向是從前向後的，稱為單向鏈表(linked list)。還有雙向鏈表(double-linked list)，即每個節點增加一個指向前面一個元素的指標。以及迴圈鏈表(tabular list)，最後一個元素的指標並不為NULL，而是指向前端節點。不同類型的鏈表有不同的應用情境。

雙向鏈表

 

迴圈鏈表

 

雙向迴圈鏈表

 

單向鏈表的C實現

一個資料結構的實現有兩方面: 1. 資料結構的記憶體表達方式; 2. 定義在該資料結構上的操作。我們這裡實現最簡單的單向鏈表。表所支援的操作很靈活多樣，我們這裡定義一些最常見的操作。每個操作都寫成一個函數。

/* By Vamei */
#include <stdio.h>#include <stdlib.h>
typedef struct node *LIST; 
typedef struct node *position;

/* node，節點 */struct node {    int element;    position next;};/* 
 * operations (stereotype)
 * 操作
 */
LIST init_list(void);void delete_list(LIST);
int is_null(LIST);
void insert_node(position, int);void delete_node(LIST, position);
position find_last(LIST);position find_value(LIST, int);position find_previous(LIST, position);
void print_list(LIST);
/* for testing purpose */void main(){    LIST L;    position np;        int i;    /* elements to be put into the list */    int a[] = {1, 3, 5, 7, 9};    /* initiate a list */    L = init_list();    print_list(L);    /* insert nodes. Insert just after head node */    for (i=4; i>=0; i--) {        insert_node(L, a[i]);    }    print_list(L);    /* delete first node with value 5 */    np = find_value(L, 5);    delete_node(L, np);    print_list(L);    /* delete list */    delete_list(L);    /* initiate a list */    L = init_list();    print_list(L);    /* insert nodes. Insert just after head node */    for (i=4; i>=0; i--) {        insert_node(L, a[i]);    }    print_list(L);    /* delete list */    delete_list(L);}/* * Traverse the list and print each element
 * 列印表 */void print_list(LIST L){    position np;    if(is_null(L)) {        printf("Empty List\n\n");        return;    }    np = L;    while(np->next != NULL) {         np = np->next;        printf("%p: %d \n", np, np->element);    }    printf("\n");}/* * Initialize a linked list. This list has a head node * head node doesn‘t store valid element value
 * 建立表 */LIST init_list(void) {    LIST L;    L = (position) malloc(sizeof(struct node));    L->next = NULL;    return L;}/* * Delete all nodes in a list
 * 刪除表 */void delete_list(LIST L){    position np, next;    np   = L;    do {        next = np->next;        free(np);        np   = next;    } while(next != NULL);    }/* * if a list only has head node, then the list is null.
 * 判斷表是否為空白 */int is_null(LIST L) {    return ((L->next)==NULL);}/* * insert a node after position np
 * 在np節點之後，插入節點 */void insert_node(position np, int value) {    position nodeAddr;        nodeAddr = (position) malloc(sizeof(struct node));    nodeAddr->element = value;    nodeAddr->next = np->next;    np->next = nodeAddr;    }/* * delete node at position np
 * 刪除np節點 */void delete_node(LIST L, position np){    position previous, next;    next     = np->next;    previous = find_previous(L, np);    if(previous != NULL) {        previous->next = next;        free(np);     }    else {        printf("Error: np not in the list");    }}/*
 * find the last node of the list
 * 尋找表的最後一個節點
 */position find_last(LIST L){    position np;    np = L;    while(np->next != NULL) {        np = np->next;    }    return np;}/* * This function serves for 2 purposes: * 1. find previous node  * 2. return NULL if the position isn‘t in the list
 * 尋找npTarget節點前面的節點 */position find_previous(LIST L, position npTarget){    position np;    np = L;    while (np->next != NULL) {        if (np->next == npTarget) return np;         np = np->next;    }     return NULL;}/* * find the first node with specific value
 * 查詢 */position find_value(LIST L, int value) {    position np;    np = L;    while (np->next != NULL) {        np = np->next;        if (np->element == value) return np;    }    return NULL;}

 

在main()函數中，我們初始化表，然後插入(1, 3, 5, 7, 9）。又刪除元素5。可以看到，節點零散的分布在記憶體中。刪除節點操作不會影響其他節點的儲存位置。

我們隨後刪除表，又重新建立表。可以看到，這次表佔據記憶體的位置與第一次不同。

 

下面是main()函數的運行結果。

Empty List

0x154d0b0: 1 
0x154d090: 3 
0x154d070: 5 
0x154d050: 7 
0x154d030: 9 

0x154d0b0: 1 
0x154d090: 3 
0x154d050: 7 
0x154d030: 9 

Empty List

0x154d070: 1 
0x154d010: 3 
0x154d0b0: 5 
0x154d090: 7 
0x154d050: 9

 

總結

表: 記憶體中離散分布的有序節點

插入，刪除節點

表（list)