用指针处理链表(一)

1链表概述

链表是一种常见的重要的数据结构。它是动态地进行存储分配的一种结构。我们知道,用数组存放数据时,必须事先定义固定的长度(即元素个数)。比如,有的班级有100人，而有的班只有30人，如果要用同一个数组先后存放不同班级的学生数据,则必须定义长度为100的数组。如果事先难以确定一个班的最多人数,则必须把数组定得足够大,以能存放任何班级的学生数据。显然这将会浪费内存。链表则没有这种缺点,它根据需要开辟内存单元。图11.10表示最简单的一种链表(单向链表)的结构。

链表有一个“头指针”变量,图中以head 表示,它存放一个地址。该地址指向一个元素。链表中每一个元素称为“结点”,每个结点都应包括两个部分:一为用户需要用的实际数据，二为下一个结点的地址。可以看出,head指向第一个元素;第一个元素又指向第二个元素……直到最后一个元素,该元素不再指向其他元素，它称为“表尾”,它的地址部分放一个“NULL”(表示“空地址”),链表到此结束。

可以看到链表中各元素在内存中可以不是连续存放的。要找某一元素,必须先找到上一个元素，根据它提供的下一元素地址才能找到下一个元素。如果不提供“头指针”(head),则整个链表都无法访问。链表如同一条铁链一样,一环扣一环,中间是不能断开的。打个通俗的比方:幼儿园的老师带领孩子出来散步,老师牵着第一个小孩的手,第一个小孩的另一只手牵着第二个孩子……这就是一个“链”,最后一个孩子有一只手空着,他是“链尾”。要找这个队伍,必须先找到老师,然后顺序找到每一个孩子。

可以看到,这种链表的数据结构,必须利用指针变量才能实现。即:一个结点中应包含一个指针变量,用它存放下一结点的地址。

前面介绍了结构体变量，用它作链表中的结点是最合适的。一个结构体变量包含若干成员，这些成员可以是数值类型、字符类型、数组类型,也可以是指针类型。我们用这个指针类型成员来存放下一个结点的地址。例如,可以设计这样一个结构体类型:

struct student

{int num;

float score ;

struct student * next ;

};

其中成员 num 和score用来存放结点中的有用数据(用户需要用到的数据),相当于图 11.10 结点中的A,B,C,D。next是指针类型的成员，它指向struct student类型数据(这就是next所在的结构体类型)。一个指针类型的成员既可以指向其他类型的结构体数据，也可以指向自己所在的结构体类型的数据。现在,next是struct student类型中的一个成员，它又指向struct student类型的数据。用这种方法就可以建立链表。见图11.11

图中每一个结点都属于struct student类型，它的成员next存放下一结点的地址，程序设计人员可以不必具体知道各结点的地址，只要保证将下一个结点的地址放到前一结点的成员next 中即可。

请注意:上面只是定义了一个 structstudent 类型，并未实际分配存储空间。只有定义了变量才分配内存单元。

2 简单链表

下面通过一个例子来说明如何建立和输出一个简单链表。

例11.7 建立一个如图11.11所示的简单链表,它由3个学生数据的结点组成。输出各结点中的数据。

# define NULL 0

struct student

{long num;

Hloat score;

struct student*next;

main()

{struct student a,b,c,* head,*p;

a.num=99101; a.score=89.5;

b. num=99103;b.score=90;

c.num=99107; c.score=85; /*对结点的num 和 score成员赋值*/

head=&a; /*将结点a的起始地址赋给头指针head*/

a. next =&b; /*将结点b的起始地址赋给a结点的next 成员*/

b.next=&c; /*将结点c的起始地址赋给b结点的next成员*/

e. next=NULL; /*c结点的 next成员不存放其他结点地址*/

p=head; /*使p指针指向a结点*/

{printf(" %ld %5.1f\n" ,p→>num,p->score);

/*输出p指向的结点的数据*/

p=p->next; /*使p指向下一结点*/

}while(p! =NULL); /*输出完c结点后p的值为NULL*/

}

请读者仔细考虑:①各个结点是怎样构成链表的。②没有头指针head行不行?③p起什么作用?没有它行不行?

开始时使head 指向a结点,a.next 指向b结点,b.next 指向c结点，这就构成链表关系。“c.next=NULL”的作用是使c.next不指向任何有用的存储单元。在输出链表时要借助p,先使p指向a结点，然后输出a结点中的数据,“p=p->next”是为输出下一个结点做准备。p一>next的值是b结点的地址,因此执行“p=p->next”后p就指向b结点,所以在下一次循环时输出的是b结点中的数据。

本例是比较简单的,所有结点都是在程序中定义的,不是临时开辟的，也不能用完后

释放,这种链表称为“静态链表”。

3 处理动态链表所需的函数

前面讲过，链表结构是动态地分配存储的,即在需要时才开辟一个结点的存储单元。怎样动态地开辟和释放存储单元呢?C语言编译系统的库函数提供了以下有关函数。

1. malloc 函数其函数原型为

void* malloc (unsigned int size);

其作用是在内存的动态存储区中分配一个长度为size的连续空间。此函数的值(即“返回值”)是一个指向分配域起始地址的指针(类型为void)。如果此函数未能成功地执行(例如存空间不足),则返回空指针(NULL)。

2. calloc 函数其函数原型为

void* calloc (unsigned n ,unsigned size);

其作用是在内存的动态区存储中分配n个长度为size的连续空间。函数返回一个指向分配域起始地址的指针;如果分配不成功,返回NULL。

用calloc 函数可以为一维数组开辟动态存储空间,n为数组元素个数,每个元素长度为size。

3. free 函数其函数原型为