哈佛大学公开课：计算机科学cs50 学习笔记（第12集：单链表，内存分配）

1. 数组的优缺点

数组元素是连续的存储在有限的内存里，这样有两个缺点：

--数组的大小是有限的。如果需要给数组的内存（缓冲区buffer）扩容，需要调用realloc（）函数。realloc（）的工作原理：在内部调用malloc（）来分配一块新的内存，然后用循环将原先内存的内容拷贝到新内存，然后free（）掉原来的内存，返回新内存的地址。

--不方便进行元素的插入与删除。因为元素连续存储，互相之间没有空余的内存。

当然数组也有一个优点：不需要多余的信息就可以依次遍历，因为元素在内存中连续分布。

2. 单链表

单链表是这样一种结构：

它在内存中分散存储，用指针来依次关联。

链表的每个节点都是一个结构体struct，至少包含两个元素。例如：

typedef struct node
{int n;struct node * next;
} node;

链表的每个节点（除首末节点外）都用一个指针指向下一个元素，无序，因此链表不能使用二分法来查找。只能遍历。

链表节点的插入与删除比数组容易多了，因为数组元素连续存储，元素互相之间没有空余的内存。

插入与删除分为三类：

首元素，

中间元素，

尾元素

代码一点点补上。

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下面的代码其实用的是C，但是因为.c文件不支持指针的引用，所以就用了.cpp

Slist.cpp

#include "Slist.h"//建立节点
SListNode*
_buildNode(DataType x)
{SListNode* tmp = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode));tmp->data = x;tmp->next = NULL;return tmp;
}// 打印单链表
void
printSlist(SListNode* headNode)
{SListNode* curNode = headNode;while (curNode){printf("%d->", curNode->data);curNode = curNode->next;}printf("NULL\n");
}//尾插
void
pushBack(SListNode* & headNode, DataType x)
{// 1.空// 2.不为空if (headNode == NULL){headNode = _buildNode(x);}else{// 找尾SListNode* tail = headNode;while (tail->next != NULL){tail = tail->next;}tail->next = _buildNode(x);}
}//  尾删
void
popBack(SListNode* & headNode)
{//// 1.空// 2.一个节点// 3.多个节点//if (headNode == NULL){return;}else if (headNode->next == NULL){free(headNode);headNode = NULL;}else{// 找尾SListNode* tail = headNode;SListNode* prev = NULL;while (tail->next){prev = tail;tail = tail->next;}free(tail);prev->next = NULL;}
}//头插
void
pushFront(SListNode* & headNode, DataType x)
{// 1.空// 2.不空if (headNode == NULL){headNode = _buildNode(x);}else{SListNode* tmp = _buildNode(x);tmp->next = headNode;headNode = tmp;}
}//头删
void
popFront(SListNode* & headNode)
{//// 1.空// 2.一个节点// 3.一个以上的节点//if (headNode == NULL){return;}else if (headNode->next == NULL){free(headNode);headNode = NULL;}else{SListNode* tmp = headNode;headNode = headNode->next;// free 掉 tmp 指针指向的内存free(tmp);}
}// 插入中间节点
void
insertNode(SListNode* pos, DataType x)
{assert(pos);SListNode* tmp = _buildNode(x);tmp->next = pos->next;pos->next = tmp;
}// 删除中间的节点
void
deleteNode(SListNode*& headNode, SListNode* pos)
{assert(pos);assert(headNode);//pos为头结点if (headNode == pos){headNode = headNode->next;// free 掉 tmp 指针指向的内存free(pos);return;}SListNode* prev = headNode;while (prev){if (prev->next == pos){prev->next = pos->next;free(pos);break;}prev = prev->next;}
}

可见，链表需要指针来找到下一个节点，此外，链表每插入一个元素都要malloc，这样做的缺点是，效率低。因为内存分配以及内存中内容的拷贝很占用CPU周期。

Slist.h

#ifndef SLIST_H
#define SLIST_H#include<stdio.h>
#include<assert.h>
#include<malloc.h>typedef int DataType;struct SListNode
{DataType data;            // 数据struct SListNode* next;   //指向下一个节点的指针
};//建立节点
SListNode*
_buildNode(DataType x);// 打印单链表
void
printSlist(SListNode* headNode);//尾插
void
pushBack(SListNode * & headNode, DataType x);//  尾删
void
popBack(SListNode * & headNode);//头插
void
pushFront(SListNode * & headNode, DataType x);//头删
void
popFront(SListNode * & headNode);// 插入中间节点
void
insertNode(SListNode * pos, DataType x);// 删除中间的节点
void
deleteNode(SListNode * & headNode, SListNode* pos);#endif

main.cpp

#include "Slist.h"int
main(int argc, char const *argv[])
{SListNode * headNode = NULL;for(DataType i = 0; i != 10; ++i){pushBack(headNode, i);printSlist(headNode);}for(DataType i = 10; i != 20; ++i){pushFront(headNode, i);printSlist(headNode);}return 0;
}