静态链表（C++实现）

用数组描述的链表，即称为静态链表。

在C语言中，静态链表的表现形式即为结构体数组，结构体变量包括数据域data和游标cur。

这种存储结构，仍需要预先分配一个较大的空间，但在作为线性表的插入和删除操作时不需移动元素，仅需修改指针，故仍具有链式存储结构的主要优点。

下图表示了静态链表的一中存储结构：



图中用彩色途上的是两个头结点，不存放数据，分别用来记录第一个备用节点和第一个数据节点的下标。

下面给出静态链表的C++实现代码：

首先给出头文件：StaticList.h:

#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;

#define MAXSIZE 20        // 静态链表（数组）默认长度
#define ElemType int      // 值类型

class StaticList;

//节点类
typedef class StaticListNode   // 静态链表的节点类型（数组元素类型）
{
friend class StaticList;
private:
ElemType data;              // 值域
int      cur;               // 游标 （指示当前节点的下一个元素下标）
}StaticListNode;

//  静态链表类</strong></span>
class StaticList
{
public:
StaticList()
{
for(int i = 2; i<MAXSIZE-1; ++i)
space[i].cur = i+1;
space[i].cur = 0;        //整个链表结束
space[0].cur = 2;
space[1].cur = 0;        //数据节点头的游标为空，没有数据
}

~StaticList()
{}

// 尾部插入法
void push_back(const ElemType &x)
{
int i = Malloc_SL();
if(0 == i)              // 空间申请失败
{
cout<<"已满！"<<x<<"不能插入"<<endl;
return ;
}
space[i].data = x;
space[i].cur = 0;

int k = 1;
while(0!=k && 0!=space[k].cur)  // 找到最后一个节点
k = space[k].cur;

space[k].cur = i;             // 把刚申请的下标为i的节点链到最后一个节点后面
}

// 头部插入法
void push_front(const ElemType &x)
{
int i = Malloc_SL();
if(0 == i)            // 同上，空间申请失败
{
cout<<"已满！"<<x<<"不能插入"<<endl;
return ;
}
space[i].data = x;    // 把x放入刚申请的节点中

space[i].cur = space[1].cur;   // 此时刚申请的节点i的游标指向第一个数据节点，称为第一个结点
space[1].cur = i;              // 使头结点指向第一个数据节点
}

// 尾部删除
void pop_back()
{
int i = space[1].cur;
int j = 0;
for(; 0!=space[i].cur; j = i, i = space[i].cur)
{}    // 找到最后一个节点以及倒数第二个节点

space[j].cur = 0;     // 倒数第二个节点的游标赋空
Free_SL(i);           // 最后一个节点被释放
}

// 头部删除
void pop_front()
{
int i = space[1].cur;    // i是第一个数据节点的下标
space[1].cur = space[i].cur;  // 头结点指向第二个数据节点的下标
Free_SL(i);              // i 节点被释放
}

void show_list()
{
for(int i = space[1].cur; i!=0; i = space[i].cur)
cout<<space[i].data<<" ";
cout<<"Over"<<endl;
}

/* 静态链表从小到大排序的前提下，插入x  */
void insert_val(const ElemType &x)
{
int k = 1;
while(0!=k && 0!=space[k].cur && space[space[k].cur].data<x)
k = space[k].cur;        //在下标k之后插入

if(0 == space[k].cur)    // 如果k指向最后一个节点，执行尾插
push_back(x);
else if(k == 1)          // 如果k指向第一个节点，执行头插
push_front(x);
else                     // 在中间任意位置插入x
{
int i = Malloc_SL();
assert(0 != i);
space[i].data = x;
space[i].cur = space[k].cur;   // i节点的游标指向k节点后面的一个节点
space[k].cur = i;              // k节点的游标指向新开辟的i节点
}
}

/* 返回key的前一个节点下标*/
int find(const ElemType &key)
{
int i = 1;
while(0!=i && space[space[i].cur].data!=key)
i = space[i].cur;
if(0 == i)
{
cout<<"没找到 "<<key<<endl;
return -1;
}
return i;
}

/* 删除给定的值key所在节点，若没找到则返回 */
void delete_val(const ElemType &key)
{
int i = find(key);
if(-1 == i)      // 说明静态链表中没有元素key
return ;
else if(1 == i)  // key 处于下标为2的节点(第一个数据节点)
pop_front();
else if(0 == space[i].cur)  // key处于最后一个节点
pop_back();
else             // key 处于中间任意位置
{
int k = space[i].cur;   // 记录要删除位置的下标
space[i].cur = space[k].cur;  // 脱离出要删除节点
Free_SL(k);  // 删除key所在节点
}
}

/* sl1 和 sl2已存在，把它们糅合到另一个链表，使之按非递减排列 */
void merge(StaticList &sl1, StaticList &sl2)
{
sl1.sort();
sl2.sort();
if(0==sl1.length() || 0==sl2.length())
return ;
int p = sl1.space[1].cur;
int q = sl2.space[1].cur;

while(0!=p && 0!=q)
{
// 哪个数据较小，就把该数据尾插到新链表中，并使游标指向下一个
if(sl1.space[p].data < sl2.space[q].data)
{
push_back(sl1.space[p].data);
p = sl1.space[p].cur;
}
else
{
push_back(sl2.space[q].data);
q = sl2.space[q].cur;
}
}
while(0!=p)
{        // 因为sl1已经有序，如果sl1还没有全部插入新链表，就把剩下的全部插入
push_back(sl1.space[p].data);
p = sl1.space[p].cur;
}
while(0!=q)
{        // 因为sl2已经有序，如果sl2还没有全部插入新链表，就把剩下的全部插入
push_back(sl2.space[q].data);
q = sl2.space[q].cur;
}
}

/* 如果静态链表无序，使其按非递减顺序排列 */
void sort()
{
int s = space[1].cur;
int p = space[s].cur;
if(0 == p)
return ;
space[s].cur = 0;

int k = 1;
int k1 = 0;
while(0 != p)
{
s = p;
p = space[p].cur;

k = 1;     // 找到一个位置k, 在k后插入s所指节点的数据
while(0!=k && space[space[k].cur].data < space[s].data)
{
k1 = k;                  //如果k==0,用k1记录最后一个数据节点
k = space[k].cur;        //在下标k之后插入
}
if(0 == k)    //尾插
{
space[k1].cur = s;
space[s].cur = 0;
}
else          //头插和中间插
{
space[s].cur = space[k].cur;
space[k].cur = s;
}
}
}

/* 逆置静态链表 */
void reserve()
{
int s = space[1].cur;
int p = space[s].cur;
if( 0==p )
return ;
space[s].cur = 0;
while(0 != p)
{
s = p;
p = space[p].cur;

space[s].cur = space[1].cur;   // 把s所指节点 头插进原有链表
space[1].cur = s;              // s成为第一个数据节点
}
}

/* 清空静态链表 */
void clear()
{
for(int i = 2; i<MAXSIZE-1; ++i)
space[i].cur = i+1;
space[i].cur = 0;

space[0].cur = 2;     // 下标2成为第一个备用节点
space[1].cur = 0;     // 第一个数据节点为空
}

/* 返回表长 */
int length()
{
if(0 == space[1].cur)
return 0;
int i = 1;
int count = -1;
do
{
++count;
i = space[i].cur;
}while(0 != i);

return count;
}

/* 返回下标为k的节点的下一个节点下标 在静态链表中用处不大*/
int next(const int k)
{
if(0==k || 1==k)
return -1;
return space[k].cur;
}
/* 返回下标为k的节点的上一个节点下标 */
int prio(const int k)
{
if(0==k || 1==k)
return -1;
int p = 1;
while(0!=p && space[p].cur!=k)
p = space[p].cur;
return p;
}

protected:
/* 用来申请一个空间，返回该节点的下标 */
int Malloc_SL()
{
int i = space[0].cur;   // 0下标的游标指向第一个备用节点
if(space[0].cur) space[0].cur = space[i].cur;  // 修改头结点保存的第一个备用节点下标
return i;
}
/* 释放下标为k的节点 */
void Free_SL(int k)
{
space[k].cur = space[0].cur;    // 该节点的游标指向第一个备用节点
space[0].cur = k;               // 该节点称为第一个备用节点
}

private:
StaticListNode space[MAXSIZE];
};

下面是测试代码：Main.cpp

#include"StaticList.h"

void main()
{
StaticList SL;

StaticList SL1;    //测试merge()
StaticList SL2;

SL1.push_back(1);
SL1.push_back(9);
SL1.push_back(0);
SL1.push_back(6);
SL1.push_back(999);

SL2.push_back(5);
SL2.push_back(8);
SL2.push_back(100);

ElemType Item = 0;
int select = 1;
while(select)
{
cout<<"********************************************"<<endl;
cout<<"*[1] push_back           [2]  push_front   *"<<endl;
cout<<"*[3] show_list           [4]  pop_back     *"<<endl;
cout<<"*[5] pop_front           [6]  insert_val   *"<<endl;
cout<<"*[7] length              [8]  find         *"<<endl;
cout<<"*[9] merge               [10] delete_val   *"<<endl;
cout<<"*[11] sort               [12] reserve      *"<<endl;
cout<<"*[13] next               [14] prio         *"<<endl;
cout<<"*[15] clear              [16] destroy      *"<<endl;
cout<<"*[0] quit_sys                              *"<<endl;
cout<<"********************************************"<<endl;
cout<<"请选择：》";
cin>>select;
switch(select)
{
case 1:
cout<<"输入要尾插的数据:(-1结束)>";
while(cin>>Item && -1 != Item)
SL.push_back(Item);
break;

case 2:
cout<<"输入要头插的数据:(-1结束)>";
while(cin>>Item && -1 != Item)
SL.push_front(Item);
break;

case 3:
SL.show_list();
break;
case 4:
SL.pop_back();
break;

case 5:
SL.pop_front();
break;

case 6:
cout<<"输入要插入的数据:>";
cin>>Item;
SL.insert_val(Item);
break;

case 7:
cout<<"链表长度为："<<SL.length()<<endl;
break;

case 8:
cout<<"输入要查找的数据:>";
cin>>Item;
SL.find(Item);
break;

case 9:
SL.merge(SL1, SL2);
break;

case 10:
cout<<"输入要删除的数据:>";
cin>>Item;
SL.delete_val(Item);
break;

case 11:
SL.sort();
break;

case 12:
SL.reserve();
break;

case 13:
SL.next(0);
break;

case 14:
SL.prio(0);
break;

case 15:
SL.clear();
break;

case 16:
SL.~StaticList();
break;

default:
break;
}
}
}

下面是测试截图：