c语言如何编写静态链表

C语言如何编写静态链表

在C语言中，编写静态链表的关键在于预先定义一个固定大小的数组来存储链表节点。静态链表的优点是内存分配一次性完成、访问速度快、避免了动态内存管理的复杂性，缺点则包括灵活性不足、需要事先确定最大容量。本文将详细介绍如何在C语言中编写静态链表。

一、静态链表的基本概念

静态链表是一种基于数组的链表实现方式，节点存储在数组中，每个节点通过一个索引引用下一个节点。与动态链表不同，静态链表的大小在编译时就已经确定，无法动态扩展。

1、节点结构定义

在C语言中，一个节点可以使用结构体来定义。结构体包含数据部分和指向下一个节点的索引。

#define MAX_SIZE 100 // 定义链表的最大容量
typedef struct {
    int data;
    int next;
} Node;
Node staticList[MAX_SIZE];

2、初始化链表

初始化链表时，需要为每个节点设置一个初始值，并将所有节点链接起来形成一个空闲节点链表。

void initializeList() {
    for (int i = 0; i < MAX_SIZE - 1; i++) {
        staticList[i].next = i + 1;
    }
    staticList[MAX_SIZE - 1].next = -1; // -1表示链表的结尾
}

二、插入节点操作

插入操作需要找到一个空闲节点，并将其插入到链表的合适位置。

1、寻找空闲节点

首先，我们需要找到一个空闲节点。这可以通过遍历空闲节点链表来实现。

int getFreeNode() {
    int freeIndex = staticList[0].next;
    if (freeIndex != -1) {
        staticList[0].next = staticList[freeIndex].next;
    }
    return freeIndex;
}

2、将节点插入链表

接下来，我们将找到的空闲节点插入到链表的合适位置。

void insertNode(int head, int data) {
    int newNodeIndex = getFreeNode();
    if (newNodeIndex != -1) {
        staticList[newNodeIndex].data = data;
        staticList[newNodeIndex].next = staticList[head].next;
        staticList[head].next = newNodeIndex;
    }
}

三、删除节点操作

删除操作需要将节点从链表中移除，并将其添加回空闲节点链表。

1、找到要删除的节点

首先，我们需要找到要删除的节点以及其前驱节点。

int findPreviousNode(int head, int targetData) {
    int currentIndex = head;
    while (staticList[currentIndex].next != -1 && staticList[staticList[currentIndex].next].data != targetData) {
        currentIndex = staticList[currentIndex].next;
    }
    return currentIndex;
}

2、移除节点并添加回空闲链表

接下来，我们将节点从链表中移除，并将其添加回空闲节点链表。

void deleteNode(int head, int targetData) {
    int previousNodeIndex = findPreviousNode(head, targetData);
    if (staticList[previousNodeIndex].next != -1) {
        int targetNodeIndex = staticList[previousNodeIndex].next;
        staticList[previousNodeIndex].next = staticList[targetNodeIndex].next;
        staticList[targetNodeIndex].next = staticList[0].next;
        staticList[0].next = targetNodeIndex;
    }
}

四、遍历链表

遍历链表时，我们从头节点开始，依次访问每个节点，直到链表的结尾。

void traverseList(int head) {
    int currentIndex = staticList[head].next;
    while (currentIndex != -1) {
        printf("%d ", staticList[currentIndex].data);
        currentIndex = staticList[currentIndex].next;
    }
    printf("n");
}

五、示例代码

以下是一个完整的示例代码，展示了如何使用上述函数来操作静态链表。

#include <stdio.h>
#define MAX_SIZE 100
typedef struct {
    int data;
    int next;
} Node;
Node staticList[MAX_SIZE];
void initializeList() {
    for (int i = 0; i < MAX_SIZE - 1; i++) {
        staticList[i].next = i + 1;
    }
    staticList[MAX_SIZE - 1].next = -1;
}
int getFreeNode() {
    int freeIndex = staticList[0].next;
    if (freeIndex != -1) {
        staticList[0].next = staticList[freeIndex].next;
    }
    return freeIndex;
}
void insertNode(int head, int data) {
    int newNodeIndex = getFreeNode();
    if (newNodeIndex != -1) {
        staticList[newNodeIndex].data = data;
        staticList[newNodeIndex].next = staticList[head].next;
        staticList[head].next = newNodeIndex;
    }
}
int findPreviousNode(int head, int targetData) {
    int currentIndex = head;
    while (staticList[currentIndex].next != -1 && staticList[staticList[currentIndex].next].data != targetData) {
        currentIndex = staticList[currentIndex].next;
    }
    return currentIndex;
}
void deleteNode(int head, int targetData) {
    int previousNodeIndex = findPreviousNode(head, targetData);
    if (staticList[previousNodeIndex].next != -1) {
        int targetNodeIndex = staticList[previousNodeIndex].next;
        staticList[previousNodeIndex].next = staticList[targetNodeIndex].next;
        staticList[targetNodeIndex].next = staticList[0].next;
        staticList[0].next = targetNodeIndex;
    }
}
void traverseList(int head) {
    int currentIndex = staticList[head].next;
    while (currentIndex != -1) {
        printf("%d ", staticList[currentIndex].data);
        currentIndex = staticList[currentIndex].next;
    }
    printf("n");
}
int main() {
    initializeList();
    insertNode(0, 10);
    insertNode(0, 20);
    insertNode(0, 30);
    traverseList(0);
    deleteNode(0, 20);
    traverseList(0);
    return 0;
}

六、总结

编写静态链表的关键在于通过数组预先分配内存、使用索引来管理节点之间的链接、实现插入和删除操作时需要维护空闲节点链表。虽然静态链表在灵活性上不如动态链表，但在某些应用场景中，它能够提供更高的性能和更简洁的内存管理。希望本文能够帮助你理解和实现C语言中的静态链表。