Пример реализации односвязного списка с помощью массива структур

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12

СТРУКТУРА ДАННЫХ «СПИСОК»

Цель:Изучить структуру данных «список». Рассмотреть внутреннюю структуру, виды списков, основные операции над списками. Разобрать приведенные примеры и выполнить самостоятельно задания.

Теоретические сведения

Основные определения

Список – это совокупность объектов или элементов, в котором каждый объект содержит информацию о местоположении связанного с ним другого объекта.

Если список располагается в оперативной памяти, то, как правило, информация для поиска следующего объекта – это указатель, адрес памяти. Если связный список хранится на диске в файле, то информация о следующем элементе может включать смещение элемента от начала файла к положению указателя записи или считывания файла, ключ записи и любую другую информацию, позволяющую однозначно отыскать следующий элемент списка.

В списке элементы связаны друг с другом логически. Логический порядок следования элементов списка опре­деляется с помощью указателей. Подчеркнем, что логи­ческий порядок следования элементов списка может не совпадать с физическим порядком их расположения в памяти ПЭВМ.

Списки бывают линейными и кольцевыми, односвязными и двусвязными.

Как правило, элемент списка представляет собой структурную переменную, содержащую указатель или указатели на следующий элемент и любое число других полей, называемых информационными.

Если движение от элемента к элементу списка возможно только в одном направлении и список имеет начальную точку такого движения, говорят об односвязном списке. Элемент односвязного списка включает только указатель на следующий элемент. Сам список характеризуется указателем на начало списка (рис. 12.1).

Двусвязный список позволяет выполнять «движение» от элемента к элементу в обоих направлениях. В этом случае элемент включает два указателя: на предыдущий и последующий элементы списка. А так как список имеет и начало, и конец, описываются еще два указателя – начала и конца списка (рис. 12.2).

 

 

		NULL _____________ данные

 

 

Рис. 12.1.

Список, в котором последний элемент не связан с первым, называется линейным. Соответственно кольцевым называется список, у которого последний элемент указывает на первый. В последнем элементе односвязного и двусвязного линейного списка указатель на следующий элемент и в первом элементе двусвязного списка указатель на предыдущий элемент равны нулю.

 

 

 

Рис. 12.2. Модель двусвязного линейного списка

 

Операции над списками

Основными операциями, которые выполняются над списками, являются перебор элементов списка, поиск заданного элемента, вставка в список нового элемента, удаление элемента из списка. Выполнение этих операций основано на изменении указателей.

 

2.1. Перебор элементов списка

Эта операция выполняется для линейных списков очень часто и состоит в последовательном доступе к элементам списка – ко всем до конца списка либо до нахождения искомого элемента. Для каждого из перебираемых элементов осуществляется некоторая обработка его информационной части: сравнение с образцом, печать, модификация и прочее.

2.2. Вставка элемента в список

Схематически выполнение этой операции представлено на рис. 12.3.

Как следует из рис. 12.3, указатель элемента эл2 теперь указывает не на элемент эл3, а на элемент эл5. Указатель элемента эл5 указывает на элемент эл3. Логическая последовательность элементов будет эл1, эл2, эл5, эл3, эл4. Подчеркнем еще раз, что в списке новый элемент эл5 физически не обязательно помещается за элементом эл2. Достаточно, чтобы он следовал за ним логически.

Вставка элемента в начало односвязного списка показана на рис. 12.4. В данном случае указатель переустанавливается на начало списка на вставленный элемент Эл3, а элемент Эл3 указывает на бывший первый элемент.

 

		previous

 

Рис. 12.3. Вставка элемента в середину односвязного списка

 

 

 

Рис. 12.4. Вставка элемента в начало односвязного списка

2.3. Удаление элемента из списка

При удалении элемента Эл3 из списка, прежде всего, выполняется поиск этого элемента в списке, а затем его удаление. Результат удаления показан на рис. 12.5.

 

 

Рис. 12.5. Удаление элемента из списка

 

Теперь за элементом Эл5 следует элемент Эл4. Соответствующим образом изменился указатель элемента Эл5. Элемент Эл3 в списке теперь отсутствует, так как при просмотре списка, переходя от элемента к элементу в соответствии с указателями, на элемент Эл3 не попадаем. Следует отметить, что удаление элемента из списка и удаление из памяти – это не одно и то же. Элемент Эл3 будет находиться в памяти до тех пор, пока не удалиться явно с помощью оператора delete. Удаление элемента из начала списка показано на рис. 12.6.

 

delete

 

 

 

 

Рис. 12.6. Удаление элемента из начала списка

 

Пример реализации односвязного списка с помощью массива структур

В рассматриваемом примере используется следующая структура

 

struct list

{ char book;

list *next; };

 

Предполагается, что память, отводимая под элемент списка, выделяется динамически, поэтому при реализации списков его длина ограничивается только доступным объёмом памяти. Информационное поле представляет собой символьную переменную по имени book. Признаком последующего элемента списка является наличие поля next, а признаком последнего элемента списка – равенство на NULL этого поля.

Следующая программа реализует операции:

· создает пустой список;

· добавляет элементы в список в алфавитном порядке;

· удаляет элементы из списка;

· проверяет, является ли список пустым;

· выводит список на экран.

Функция main организует запуск программы instructions для ввода кода необходимой операции над списком и вызывает функцию, которая выполняет эту операцию.

Операцию добавления элемента в список в алфавитном порядке выполняет функция insert, операцию удаления – функция del, операцию проверки, является ли список пустым, – IsEmpty, вывод списка на экран – printList.

 

Пример 12.1

#include "stdafx.h"

# include <stdio.h>

# include <stdlib.h>

struct list

{

char book;

struct list *next;

};

typedef struct list ListNode;

typedef ListNode *ListNodePtr;

void insert (ListNodePtr*, char);

char del (ListNodePtr*, char);

int IsEmpty (ListNodePtr);

void printList (ListNodePtr);

void instructions (void);

int main ()

{ ListNodePtr start = NULL;

int choice;

char elem;

instructions(); // вывести меню

printf("?");

scanf("%d", &choice);

while (choice !=3)

{

switch (choice)

{

case 1: /*Добавить значение в список*/

printf ("Enter an character: ");

scanf("\n%c", &elem);

insert(&start, elem);

printList (start);

break;

case 2: /*Удалить значение из списка*/

if (!IsEmpty(start))

{ printf("Enter character to be deleted:");

scanf("\n%c", &elem);

if (del(&start,elem))

{ printf("%c deleted.\n", elem);

printList(start); }

else

printf("%c not found.\n", elem);

}

else

printf("List is empty.\n");

break;

default:

printf ("Invalid choice.\n");

instructions();

break;

}

printf("?");

scanf("%d", &choice);

}

printf("End of run.\n");

return 0;

}

/*Вывести инструкции*/

void instructions(void)

{ printf("Enter choice:\n"

"1 insert an element into the list.\n"

"2 delete an element from the list.\n"

"3 end program.\n");

}

/*Вставить в список новое значение в алфавитном порядке */

void insert (ListNodePtr *s, char value)

{ ListNodePtr newP, previous, current;

NewP = (ListNodePtr) malloc (sizeof(ListNode));

if (newP!=NULL)

{ /*есть ли место ?*/

newP->book =value;

newP->next=NULL;

previous=NULL;

current=*s;

while (current!=NULL && value >current->book)

{ previous=current;

current=current->next; }

if(previous==NULL)

{ newP->next=*s;

*s=newP; }

else

{ previous->next = newP;

newP->next = current; }

}

else

printf("%c not inserted. No memory available.\n", value);

}

/*Удалить элемент списка*/

char del (ListNodePtr *s, char value)

{ ListNodePtr previous, current, temp;

if (value == (*s)->book)

{ temp=*s;

*s=(*s)->next; // отсоединить узел

free(temp); // освободить отсоединенный узел

return value;

}

else

{ previous=*s;

current=(*s)->next;

while (current!=NULL && current->book!= value)

{ previous=current; /*перейти.......*/

current=current->next; /*...к следующему*/

}

if (current!=NULL)

{ temp=current;

previous->next=current->next;

free(temp);

return value; }

}

return '\0';

}

/*Возвратить 1, если список пуст, 0 в противном случае*/

int IsEmpty(ListNodePtr s)

{

return s==NULL;

}

/*Распечатать список*/

void printList (ListNodePtr current)

{

if (current==NULL)

printf("The list is empty.\n");

else

{ printf("The list is :\n");

while (current!=NULL)

{ printf("%c-->",current->book);

current=current->next; }

printf("NULL\n");

}

}