数据结构基础——内存中数据存储的基本方式(单链表)

一、首先介绍一下数据在内存中的存储(针对于c/c++):


1、栈区[stack]:由编译器自动分配释放,存放函数的参数值,局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。

2、堆区[heap]:一般由程序员分配释放,若程序员不释放,程序结束时可能由OS回收。注意它与数据结构中的堆是两回事,分配方式类似于链表(malloc相关的/new)。

3、全局区[静态区]:全局变量和静态变量的存储是放在一块的,初始化的全局变量和静态变量在一块区域,未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。程序结束后由系统释放。

4、文字常量区:存放常量字符串。程序结束后由系统释放。

5、程序代码区:存放函数体的二进制代码。

6、寄存器区:用来保存栈顶指针和指令指针(汇编操作)


二、计算机内存中的两种数据存储的基本方式:数组和链表。


第一种是我们熟知的数组,申请连续内存的空间。

(1)栈空间内申请:int a[100];

(2)堆空间内申请:int *p=malloc(100 *sizeof(int));

如果要查找某个数需要从进行0-99的遍历,如果要插入或删除某个成员需要将后面的成员  移动。所以利用数组可以快速的查表,而不利用数组进行修改。


第二种是链表,申请分散的内存空间,每次固定大小,通过指针连接起来,我们主要看看单链表。

单链表:一个节点由数据(图上的0x100等)和next指针构成,head为头指针,指向第一个结点的地址。每个节点的next指针指向下一个结点地址。

其实每个结点就是一个结构体。

typedef struct LinkList

{

int data;  //数据可以为char,struct,*,等等类型

struct LinkList *next;  //指向下一个结点的地址

}Linknode,*linklistp;

//定义结构体为Linknode,linklistp为结构体指向Linknode这个结构体的指针。

//在主函数内定义头指针为空

linklistp head=NULL;


1.单链表的插入操作 分为三种,第一种头插,第二种中间插入,第三种尾插。

(1)头插法

思路:首先让插入结点的next指针指向原来结点(图中1),然后让head(头指针)指向插入结点(图中2)。红线为断了的指针。

关键代码:

linklistp insert_head(linklistp head,linklistp newnode)

{

//debug版本有,判断newnode是否为空

assert(newnode);

newnode->next=head;

head=newnode;

return head;

}

这里的系统assert()函数(按住command点击函数)我们看看 assert宏的原型定义在中,其作用是如果它的条件返回错误,则终止程序执行。

// assert.h中定义

#if __DARWIN_UNIX03

#define assert(e) \

(__builtin_expect(!(e), 0) ? __assert_rtn(__func__, __FILE__, __LINE__, #e) : (void)0)

#else // !__DARWIN_UNIX03

#define assert(e)  \

(__builtin_expect(!(e), 0) ? __assert (#e, __FILE__, __LINE__) : (void)0)

void __assert_rtn(const char *, const char *, int, const char *) __dead2

我们再看看__dead2里面是什么?一个宏定义。

//cdefs.h

#define  __dead2    __attribute__((noreturn))


(2)尾插法

思路:首先让插入结点的next指向NULL,然后让最后结点的next指向插入结点。


关键代码:

linklistp insert_tail(linklistp head,linklistp newnode)

{

assert(newnode);

if(head==NULL)

{

head=newnode;

}

else

{

linklistp temp=head;

while (temp->next != NULL)

temp=temp->next;

newnode->next=NULL;

temp->next=newnode;

}

return head;

}

(3)查找数据并在后面插入

思路:首先定义一个遍历链表的指针,然后查找要找的数据所在的结点,然后让插入结点的next指向数据所在结点的next结点,最后让数据所在结点的next指向插入结点。千万不要忘了释放不需要的指针。


关键代码:

linklistp insert_local(linklistp head,int data,linklistp newnode)

{

linklistp temp=head;  //遍历指针

if(temp==NULL)

{

return NULL;

}

while (temp != NULL  &&  temp->data !=data) {

temp=temp->next;

}

if(temp ==NULL)

return NULL;

newnode->next=temp->next;

temp->next = newnode;

free(temp);  //释放不需要的指针

return head;

}

由于查询操作已经在插入的(3)中讲了这里就不再讲了。


2.单链表删除操作( 删除查询的结点)

思路:首先需要一个记录结点的指针和一个遍历指针,然后查找要找的数据所在的结点,并记录了前一个结点,让前一个结点的next指向查找到结点的next指向的结点。

关键代码:

linklistp delnode(linklistp head,int data)

{

linklistp temp=head;  //遍历指针

if(temp==NULL)    //链表为空

{

return NULL;

}

if(temp->data == data)    //删除结点为第一个结点

{

head=head->next;

free(temp);

return head;

}

linklistp prev = head;    //记录前一个结点的指针

temp = head->next;

while (temp != NULL  &&  temp->data !=data) {

prev=temp;

temp=temp->next;

}

if(temp ==NULL)    //未查到

return NULL;

prev->next =temp->next;

free(temp);

return head;

}



输出函数及主函数:

//输出函数

void output(linklistp head)

{

linklistp temp=head;

while (temp)

{

printf("%d  ",temp->data);

temp=temp->next;

}

printf("\n");

}


int main(int argc, const char * argv[]) {

//定义头结点为空

linklistp head=NULL;

int i=0;

for(i=0;i<10;i++)

{

//申请一个节点,大小为LinkNode

//初始化申请的节点

linklistp newnode=(linklistp)malloc(sizeof(Linknode));

newnode->data=random()%100;

newnode->next=NULL;

head=insert_head(head,newnode);

//head=insert_tail(head,newnode);

output(head);

}

int data=0,data2=0;

printf("Input nodes should be insert:");

scanf("%d",&data2);

linklistp newnode=(linklistp)malloc(sizeof(Linknode));

newnode->data=random()%100;

head=insert_local(head,data2,newnode);

output(head);

printf("Input nodes should be removed:");

scanf("%d",&data);

linklistp temp = delnode(head, data);

if(temp==NULL)

{

printf("To remove the node failure /n");

}

else

{

head=temp;

output(head);

}

return 0;

}

如有不足或不当的地方感谢大家能及时指出。

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