鏈表結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)該如何定義

近日周立功教授公開了數(shù)年的心血之作《程序設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》，電子版已無(wú)償性分享到電子工程師與高校群體下載，經(jīng)周立功教授授權(quán)，特對(duì)本書內(nèi)容進(jìn)行連載。

>>>1.1.1 數(shù)據(jù)與p_next分離

由于鏈表只關(guān)心p_next指針，因此完全沒有必要在鏈表結(jié)點(diǎn)中定義數(shù)據(jù)域，那么只保留p_next指針就好了。鏈表結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（slist.h）定義如下：

1 typedef struct _slist_node{

2 struct _slist_node *p_next; //指向下一個(gè)結(jié)點(diǎn)的指針

3 }slist_node_t;

由于結(jié)點(diǎn)中沒有任何數(shù)據(jù)，因此節(jié)省了內(nèi)存空間，其示意圖詳見圖3.10。

圖3.10 鏈表示意圖

當(dāng)用戶需要使用鏈表管理數(shù)據(jù)時(shí)，僅需關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)和鏈表結(jié)點(diǎn)，最簡(jiǎn)單的方式是將數(shù)據(jù)和鏈表結(jié)點(diǎn)打包在一起。以int類型數(shù)據(jù)為例，首先將鏈表結(jié)點(diǎn)作為它的一個(gè)成員，再添加與用戶相關(guān)的int類型數(shù)據(jù)，該結(jié)構(gòu)體定義如下：

1 typedef struct _slist_int{

2 slist_node_t node; //包含鏈表結(jié)點(diǎn)

3 int data; // int類型數(shù)據(jù)

4 }slist_int_t;

由此可見，無(wú)論是什么數(shù)據(jù)，鏈表結(jié)點(diǎn)只是用戶數(shù)據(jù)記錄的一個(gè)成員。當(dāng)調(diào)用鏈表接口時(shí)，僅需將node的地址作為鏈表接口參數(shù)即可。在定義鏈表結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，由于僅刪除了data成員，因此還是可以直接使用原來(lái)的slist_add_tail()函數(shù)，管理int型數(shù)據(jù)的范例程序詳見程序清單3.14。

程序清單3.14管理int型數(shù)據(jù)的范例程序

1 #include

2 typedef struct _slist_int{

3 slist_node_t node;

4 int data;

5 }slist_int_t;

6

7 int main (void)

8 {

9 slist_node_t head = {NULL};

10 slist_int_t node1, node2, node3;

11 slist_node_t *p_tmp;

12

13 node1.data = 1;

14 slist_add_tail(&head, &node1.node);

15 node2.data = 2;

16 slist_add_tail(&head, &node2.node);

17 node3.data = 3;

18 slist_add_tail(&head, &node3.node);

19 p_tmp = head.p_next;

20 while (p_tmp != NULL){

21 printf("%d ", ((slist_int_t *)p_tmp)->data);

22 p_tmp = p_tmp->p_next;

23 }

24 return 0;

25 }

由于用戶需要初始化head為NULL，且遍歷時(shí)需要操作各個(gè)結(jié)點(diǎn)的p_next指針。而將數(shù)據(jù)和p_next分離的目的就是使各自的功能職責(zé)分離，鏈表只需要關(guān)心p_next的處理，用戶只關(guān)心數(shù)據(jù)的處理。因此，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，鏈表結(jié)點(diǎn)的定義就是一個(gè)“黑盒子”，只能通過(guò)鏈表提供的接口訪問(wèn)鏈表，不應(yīng)該訪問(wèn)鏈表結(jié)點(diǎn)的具體成員。

為了完成頭結(jié)點(diǎn)的初始賦值，應(yīng)該提供一個(gè)初始化函數(shù)，其本質(zhì)上就是將頭結(jié)點(diǎn)中的p_next成員設(shè)置為NULL。鏈表初始化函數(shù)原型為：

int slist_init (slist_node_t *p_head);

由于頭結(jié)點(diǎn)的類型與其它普通結(jié)點(diǎn)的類型一樣，因此很容易讓用戶誤以為，這是初始化所有結(jié)點(diǎn)的函數(shù)。實(shí)際上，頭結(jié)點(diǎn)與普通結(jié)點(diǎn)的含義是不一樣的，由于只要獲取頭結(jié)點(diǎn)就可以遍歷整個(gè)鏈表，因此頭結(jié)點(diǎn)往往是被鏈表的擁有者持有，而普通結(jié)點(diǎn)僅僅代表單一的一個(gè)結(jié)點(diǎn)。為了避免用戶將頭結(jié)點(diǎn)和其它結(jié)點(diǎn)混淆，需要再定義一個(gè)頭結(jié)點(diǎn)類型（slist.h）：

typedef slist_node_t slist_head_t;

基于此，將鏈表初始化函數(shù)原型（slist.h）修改為：

int slist_init (slist_head_t *p_head);

其中，p_head指向待初始化的鏈表頭結(jié)點(diǎn)，slist_init()函數(shù)的實(shí)現(xiàn)詳見程序清單3.15。

程序清單3.15鏈表初始化函數(shù)

1 int slist_init (slist_head_t *p_head)

2 {

3 if (p_head == NULL){

4 return -1;

5 }

6 p_head -> p_next = NULL;

7 return 0;

8 }

在向鏈表添加結(jié)點(diǎn)前，需要初始化頭結(jié)點(diǎn)。即：

slist_node_t head;

slist_init(&head);

由于重新定義了頭結(jié)點(diǎn)的類型，因此添加結(jié)點(diǎn)的函數(shù)原型也應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的修改。即：

int slist_add_tail (slist_head_t *p_head, slist_node_t *p_node);

其中，p_head指向鏈表頭結(jié)點(diǎn)，p_node為新增的結(jié)點(diǎn)，slist_add_tail()函數(shù)的實(shí)現(xiàn)詳見程序清單3.16。

程序清單3.16新增結(jié)點(diǎn)范例程序

1 int slist_add_tail (slist_head_t *p_head, slist_node_t *p_node)

2 {

3 slist_node_t *p_tmp;

4

5 if ((p_head == NULL) || (p_node == NULL)){

6 return -1;

7 }

8 p_tmp = p_head;

9 while (p_tmp -> p_next != NULL){

10 p_tmp = p_tmp -> p_next;

11 }

12 p_tmp -> p_next = p_node;

13 p_node -> p_next = NULL;

14 return 0;

15 }

同理，當(dāng)前鏈表的遍歷采用的還是直接訪問(wèn)結(jié)點(diǎn)成員的方式，其核心代碼如下：

1 slist_node_t *p_tmp = head.p_next;

2 while (p_tmp != NULL){

3 printf("%d ", ((slist_int_t *)p_tmp)->data);

4 p_tmp = p_tmp->p_next;

5 }

這里主要對(duì)鏈表作了三個(gè)操作：（1）得到第一個(gè)用戶結(jié)點(diǎn)；（2）得到當(dāng)前結(jié)點(diǎn)的下一個(gè)結(jié)點(diǎn)；（3）判斷鏈表是否結(jié)束，與結(jié)束標(biāo)記（NULL）比較。

基于此，將分別提供三個(gè)對(duì)應(yīng)的接口來(lái)實(shí)現(xiàn)這些功能，避免用戶直接訪問(wèn)結(jié)點(diǎn)成員。它們的函數(shù)原型為（slist.h）：

slist_node_t *slist_begin_get (slist_head_t *p_head); //獲取開始位置，第一個(gè)用戶結(jié)點(diǎn)

slist_node_t *slist_next_get (slist_head_t *p_head, slist_node_t *p_pos);//獲取某一結(jié)點(diǎn)的后一結(jié)點(diǎn)

slist_node_t *slist_end_get (slist_head_t *p_head); //結(jié)束位置，尾結(jié)點(diǎn)下一個(gè)結(jié)點(diǎn)的位置

其實(shí)現(xiàn)代碼詳見程序清單3.17。

程序清單3.17遍歷相關(guān)函數(shù)實(shí)現(xiàn)

1 slist_node_t *slist_next_get (slist_head_t *p_head, slist_node_t *p_pos)

2 {

3 if (p_pos) { //找到p_pos指向的結(jié)點(diǎn)

4 return p_pos->p_next;

5 }

6 return NULL;

7 }

8

9 slist_node_t *slist_begin_get (slist_head_t *p_head)

10 {

11 return slist_next_get(p_head, p_head);

12 }

13

14 slist_node_t *slist_end_get (slist_head_t *p_head)

15 {

16 return NULL;

17 }

程序中獲取的第一個(gè)用戶結(jié)點(diǎn)，其實(shí)質(zhì)上就是頭結(jié)點(diǎn)的下一個(gè)結(jié)點(diǎn)，因此可以直接調(diào)用slist_next_get()實(shí)現(xiàn)。盡管slist_next_get()在實(shí)現(xiàn)時(shí)并沒有用到參數(shù)p_head，但還是將p_head參數(shù)傳進(jìn)來(lái)了，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)其它的功能時(shí)將會(huì)用到p_head參數(shù)，比如，判斷p_pos是否在鏈表中。當(dāng)有了這些接口函數(shù)后，即可完成遍歷，詳見程序清單3.18。

程序清單3.18使用各個(gè)接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)遍歷的范例程序

1 slist_node_t *p_tmp = slist_begin_get(&head);

2 slist_node_t *p_end = slist_end_get(&head);

3 while (p_tmp != p_end){

4 printf("%d ", ((slist_int_t *)p_tmp)->data);

5 p_tmp = slist_next_get(&head, p_tmp);

6 }

由此可見，slist_begin_get()和slist_end_get()的返回值決定了當(dāng)前有效結(jié)點(diǎn)的范圍，其范圍為一個(gè)半開半閉的空間，即：[begin,end)，包括begin，但是不包括end。當(dāng)begin與end相等時(shí)，表明當(dāng)前鏈表為空，沒有一個(gè)有效結(jié)點(diǎn)。

在程序清單3.18所示的遍歷程序中，只有printf()語(yǔ)句才是用戶實(shí)際關(guān)心的語(yǔ)句，其它語(yǔ)句都是固定的模式，為此可以封裝一個(gè)通用的遍歷函數(shù)，便于用戶順序處理與各個(gè)鏈表結(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。顯然，只有使用鏈表的用戶才知道數(shù)據(jù)的具體含義，對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)際處理應(yīng)該交由用戶完成，比如，程序清單3.18中的打印語(yǔ)句，因此訪問(wèn)數(shù)據(jù)的行為應(yīng)該由用戶定義，定義一個(gè)回調(diào)函數(shù)，通過(guò)參數(shù)傳遞給遍歷函數(shù)，每遍歷到一個(gè)結(jié)點(diǎn)時(shí)，都調(diào)用該回調(diào)函數(shù)處理對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。遍歷鏈表的函數(shù)原型（slist.h）為：

typedef int (*slist_node_process_t) (void *p_arg, slist_node_t *p_node);

int slist_foreach(slist_head_t *p_head,

slist_node_process_t pfn_node_process,

void *p_arg);

其中，p_head指向鏈表頭結(jié)點(diǎn)，pfn_node_process為結(jié)點(diǎn)處理回調(diào)函數(shù)。每遍歷到一個(gè)結(jié)點(diǎn)時(shí)，都會(huì)調(diào)用pfn_node_process指向的函數(shù)，便于用戶根據(jù)需要自行處理結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。當(dāng)調(diào)用該回調(diào)函數(shù)時(shí)，會(huì)自動(dòng)將用戶參數(shù)p_arg作為回調(diào)函數(shù)的第1個(gè)參數(shù)，將指向當(dāng)前遍歷到的結(jié)點(diǎn)的指針作為回調(diào)函數(shù)的第2個(gè)參數(shù)。

當(dāng)遍歷到某個(gè)結(jié)點(diǎn)時(shí)，用戶可能希望終止遍歷，此時(shí)只要在回調(diào)函數(shù)中返回負(fù)值即可。一般地，若要繼續(xù)遍歷，函數(shù)執(zhí)行結(jié)束后返回0。slist_foreach()函數(shù)的實(shí)現(xiàn)詳見程序清單3.19。

程序清單3.19遍歷鏈表范例程序

1 int slist_foreach( slist_head_t *p_head,

2 slist_node_process_t pfn_node_process,

3 void *p_arg);

4

5 {

6 slist_node_t *p_tmp, *p_end;

7 int ret;

8

9 if ((p_head == NULL) || (pfn_node_process == NULL)){

10 return -1;

11 }

12 p_tmp = slist_begin_get(p_head);

13 p_end = slist_end_get(p_head);

14 while (p_tmp != p_end){

15 ret = pfn_node_process(p_arg, p_tmp);

16 if (ret < 0)???? return ret;????? ???????????? //?不再繼續(xù)遍歷

17 p_tmp = slist_next_get(p_head, p_tmp); //繼續(xù)下一個(gè)結(jié)點(diǎn)

18 }

19 return 0;

20 }

現(xiàn)在可以使用這些接口函數(shù)，迭代如程序清單3.14所示的功能，詳見程序清單3.20。

程序清單3.20管理int型數(shù)據(jù)的范例程序

1 #include

2 #include "slist.h"

3

4 typedef struct _slist_int {

5 slist_node_t node; //包含鏈表結(jié)點(diǎn)

6 int data; // int類型數(shù)據(jù)

7 }slist_int_t;

8

9 int list_node_process (void *p_arg, slist_node_t *p_node)

10 {

11 printf("%d ", ((slist_int_t *)p_node)->data);

12 return 0;

13 }

14

15 int main(void)

16 {

17 slist_head_t head; //定義鏈表頭結(jié)點(diǎn)

18 slist_int_t nodel, node2, node3;

19 slist_init(&head);

20

21 node1.data = 1;

22 slist_add_tail(&head, &(node1.node));

23 node2.data = 2;

24 slist_add_tail(&head, &(node2.node));

25 node3.data = 3;

26 slist_add_tail(&head, &(node3.node));

27 slist_foreach(&head, list_node_process, NULL); //遍歷鏈表，用戶參數(shù)為NULL

28 return 0;