智能程序设计（C语言）

链表 (I) · 动态内存与建表

计算机学院    杨已彪

yangyibiao@nju.edu.cn

提纲

• 为什么链表

• 动态内存: malloc 与 free

• 结点类型与创建结点

• -> 运算符

• 课堂编码与小测

为什么链表

数组有两个局限: 大小定死 (要么浪费、要么不够); 中间插入/删除要搬移整段元素

链表: 一串结点用指针串起来, 每个结点存数据 + 指向下一个结点的指针:

• 优点: 按需逐个创建, 插入、删除只需改指针; 最后结点的 next 是 NULL (空指针)

• 代价: 没有随机访问——找第 k 个元素必须从头走 k 步

动态内存: malloc 与 free

链表结点是运行时逐个创建的——用 malloc 向系统借内存。struct node 是下一页要定义的结点类型，这里先看 malloc 的用法：

struct node *new_node;                    /* struct node 下一页定义 */
new_node = malloc(sizeof(struct node));   /* 借一块刚好放下一个结点的内存 */
if (new_node == NULL) {                   /* 借不到要检查 */
  printf("内存不足\n");
  exit(1);
}

exit(1) 直接终止程序，声明在 <stdlib.h> 中。

• malloc(n): 借 n 字节, 不清零; 返回通用指针 void *; 需要 <stdlib.h>

• free(p): 用完归还。忘记 free 就是"内存泄漏"——内存越用越多, 程序最终被系统杀掉

• free 之后 p 就是悬空指针, 不能再解引用; 习惯上立刻把 p 置为 NULL

声明结点类型

struct node {
  int value;          /* data stored in the node  */
  struct node *next;  /* pointer to the next node */
};

创建结点

构建链表 = 逐个创建结点, 再逐个挂上去。步骤: ① 为结点分配内存 ② 在结点中存储数据 ③ 将结点插入到链表中。先看前两步:

临时指针变量: struct node *new_node; 用 malloc 给新结点分配内存, 返回值存进 new_node: new_node = malloc(sizeof(struct node));——现在 new_node 指向一块刚好能放下一个结点的内存:

接着把数据存进新结点的 value 成员: (*new_node).value = 10; (左图是分配内存, 右图是赋值后)

*new_node 周围的括号是强制要求的, 因为 . 运算符优先于 * 运算符.

-> 运算符

课堂编码

现场演示

1. 建两个结点 (value = 10 和 20), 用头插法连成链表, 打印每个结点的 value
2. 变体: 再建一个结点 (value = 30), 接到链表末尾 (先找到最后结点)

提示: 头插只要两条语句 (new_node->next = first; first = new_node;); 尾插要先找尾再改两个指针

课堂小测

1. 概念: 链表的一个 "结点" 至少包含哪两部分？
2. 概念: struct node *next; 中, 为什么必须写 struct node * 而不能只写 node *？
3. 阅读: p->value 等价于什么 (用 * 和 . 表示)？为什么 -> 的左边必须是指针？
4. 纠错: new_node = malloc(sizeof(struct node)); new_node->value = 10; 少了什么检查？内存不足时这两条语句会有什么后果？应怎么改？

未完待续