動態(tài)存儲空間管理及鏈表

1、2022-5-111動態(tài)存儲空間管理與動態(tài)存儲空間管理與鏈表鏈表2022-5-112一、動態(tài)存儲分配及常見函數(shù)說明隱式和顯式教師：林友芳32022-5-111. 引例n要處理學生成績，需要用數(shù)組存放。但編程時并不知道運行時需要處理多少學生成績，每次處理的成績項數(shù)也可能不同。nint n;n.nscanf(%d, &n);ndouble scoresn; /* 不行！*/n. /* 讀入數(shù)據(jù)，然后處理 */n不能用變量說明scores大小（必須靜態(tài)確定）。教師：林友芳42022-5-112. 問題的本質(zhì)及解決方案n問題的本質(zhì)n程序運行中需要使用存儲，有時程序?qū)Υ鎯Φ男枨罅吭趯懗绦驎r不能確定。n可

2、能解決方案1）分析問題，定義適當大小的數(shù)組。若分析正確，一般都能處理。但數(shù)據(jù)很多時程序就不能用。2）定義盡可能大的數(shù)組以滿足任何需要。浪費大量存儲資源。如有多個這種數(shù)組就更難辦。系統(tǒng)可能無法容納幾個大數(shù)組，但實際上它們并不同時需要很大空間。n解決的辦法是“動態(tài)存儲分配”。在程序運行中做存儲分配工作。教師：林友芳52022-5-113. 動態(tài)存儲分配n動態(tài)存儲分配n根據(jù)運行中的需要分配存儲，取得存儲塊使用，稱為動態(tài)存儲分配。在運行中根據(jù)需要動態(tài)進行。n動態(tài)存儲塊具有起始地址，地址可以存儲在指針里，因此可以借助于指針保存存儲空間地址。n用指針指向存儲塊，間接使用被指存儲。訪問動態(tài)分配存儲是指針的最

3、重要用途。教師：林友芳62022-5-114. 動態(tài)存儲釋放及存儲堆n動態(tài)釋放n不用的動態(tài)存儲塊應(yīng)交還系統(tǒng)，動態(tài)申請的內(nèi)存空間必須由程序代碼以顯式的方式主動釋放。n動態(tài)分配、釋放由動態(tài)存儲管理系統(tǒng)完成，這是程序運行系統(tǒng)的子系統(tǒng)，管理著稱作堆（英文heap）的存儲區(qū)。n大部分常規(guī)語言都有這種機制。教師：林友芳72022-5-115. C語言的動態(tài)存儲管理機制n用標準庫函數(shù)實現(xiàn)用標準庫函數(shù)實現(xiàn)nstdlib.hstdlib.hnmalloc.hmalloc.hn存儲分配函數(shù)存儲分配函數(shù)malloc()malloc()，原型：，原型：nvoid void * *malloc(size_t n); /

4、malloc(size_t n); /* *size_tsize_t是某整型是某整型* */ /n功能功能n分配一塊不小于分配一塊不小于n n的存儲，返回其地址。無法的存儲，返回其地址。無法滿足時返回空指針值。滿足時返回空指針值。82022-5-11例int n; double int n; double * *data;data;. scanf(%d, &n);. scanf(%d, &n);data=(doubledata=(double* *)malloc(n)malloc(n* *sizeof(double);sizeof(double);if (data = NULL) if (da

5、ta = NULL) . / . /* * 分配未完成時的處理分配未完成時的處理 * */ / .datai.datai.* *(data+j)./(data+j)./* *正常處理正常處理* */ /教師：林友芳92022-5-11malloc說明nmalloc使用注意事項：n的返回值（void*）應(yīng)通過類型強制轉(zhuǎn)為特定指針類型后賦給指針變量。n分配存儲塊大小應(yīng)該用sizeof計算n動態(tài)分配必須檢查成功與否n動態(tài)分配的塊大小也是確定的。越界使用（尤其是越界賦值）是嚴重錯誤，可能導(dǎo)致程序或系統(tǒng)垮臺教師：林友芳102022-5-116. callocn帶計數(shù)和清帶計數(shù)和清0 0的存儲分配函數(shù)的存

6、儲分配函數(shù)calloccalloc，原型：，原型：nvoid void * *calloc(size_t n, size_t size);calloc(size_t n, size_t size);nsizesize是元素大小，是元素大小，n n是個數(shù)。是個數(shù)。n分配一塊存儲，足夠存分配一塊存儲，足夠存n n個大小為個大小為sizesize的元素，并的元素，并把元素把元素全部清全部清0 0；n無法分配時返回空指針值。前面的存儲分配問題無法分配時返回空指針值。前面的存儲分配問題也可用下面語句實現(xiàn)也可用下面語句實現(xiàn)ndata = (doubledata = (double* *)calloc(n,

7、 sizeof(double);)calloc(n, sizeof(double);n主要差別主要差別nmallocmalloc對所分配的區(qū)域不做任何事情，對所分配的區(qū)域不做任何事情，calloccalloc對整個區(qū)對整個區(qū)域自動清域自動清0 0。教師：林友芳112022-5-117. 空間釋放函數(shù)：freen為保證動態(tài)存儲的有效使用，動態(tài)分配塊不再用時應(yīng)釋放。動態(tài)存儲塊的釋放只能通過調(diào)用free完成。Memory leakn函數(shù)原型nvoid free(void *p);n功能nfree釋放p指的存儲塊。n注意n該塊必須是通過動態(tài)存儲分配得到的，不要對并非指向動態(tài)分配塊的指針用本操作np值為

8、空時什么也不做n執(zhí)行free(p)后p值未變，被指塊可能已變。不允許再間接訪問已釋放存儲塊教師：林友芳122022-5-118. 8. 分配調(diào)整函數(shù)分配調(diào)整函數(shù)reallocn函數(shù)原型nvoid *realloc(void *p, size_t n);n功能n更改已有分配。p指原分配塊，n是新大小要求。n返回大小至少為n的存儲塊指針，新塊與原塊一致：n新塊小時保存原塊n范圍內(nèi)數(shù)據(jù)；n新塊大時原數(shù)據(jù)存在，新增部分不初始化。分配成功后原塊可能改變。n無法滿足時返回空指針，原塊不變。n常用寫法(防止分配失敗導(dǎo)致原存儲塊丟失) ：nq = (double*)realloc(p, m * sizeof(

9、double);nif (q = NULL) /*未成功，p仍指原塊，特殊處理*/ nelse p = q; /* 令p指向新塊，正常處理 */ .2022-5-1113二、動態(tài)存儲空間管理如果動態(tài)申請了許多同類型緩沖區(qū)，該如何管理？教師：林友芳142022-5-11方法1：指針數(shù)組（地址數(shù)組）n設(shè)置一段內(nèi)存空間，例如數(shù)組，用來保存存儲空間的起始地址。n數(shù)組中每個元素用來保存某種類型的存儲空間的地址，等于每個元素都是一個指針變量。nint *pnarr10; /定義一個長度為10的整型指針數(shù)組（整型地址數(shù)組）nchar *psz5; /定義一個長度為5的字符指針數(shù)組。0 x0012ff7d0

10、x0012ff800 x0012fe12其中每個元素都用來保存某種類型的存儲空間的地址教師：林友芳152022-5-11例如n設(shè)一個班最多有50人，但每個班的人數(shù)不定，為了表示這50用戶，可以定義如下指針數(shù)組nstruct UserAccount *Accounts 50;n完成如下功能n初始化指針數(shù)組n將新生成的某個班用戶加入班級用戶集，并存放在空位置上。n將某個班指定用戶號的用戶刪除n給某個班所有女生發(fā)m元補助n將新生成的某個班用戶插入到指定位置i上，i后面的用戶順序往后退。教師：林友芳162022-5-11指針數(shù)組結(jié)構(gòu)示例0 x0012ff6dNULL0 x0012ff800 x0012

11、ce000 x0012fe1208120001 張帥帥110108M0.1008120099 李美美350108F500.0008120002 趙小飛360108M20.0008120007 羅小花410108F88.200 x0012ff6d0 x0012ff800 x0012ce000 x0012fe12長度為50空指針，可能曾被刪除后續(xù)元素或空或不空Accounts教師：林友芳172022-5-11功能實現(xiàn)n初始化指針數(shù)組void InitAccounts(struct UserAccount *Accounts, int nLen) for (int i = 0; i nLen; i+

12、) Accountsi = NULL;n尋找一個空位置返回，-1表示無空位置int FindEmptyPlace(struct UserAccount *Accounts, int nLen) /可以有不同的搜索策略NULLNULL教師：林友芳182022-5-11功能實現(xiàn)（續(xù)）n將新用戶放在空位置上，不成功返回-1，成功返回位置號int AddNewAccountAtAnyEmptyPlace(struct UserAccount *Accounts, int nLen, struct UserAccount *pUser) int nPlace;if (nPlace = FindEmpty

13、Place(Accounts, nLen) = -1) return -1; AccountsnPlace = pUser; /完成放置操作 return nPlace; /返回位置教師：林友芳192022-5-11功能示例0 x0012ff6dNULL0 x0012ff800 x0012ce000 x0012fe1208120001 張帥帥110108M0.1008120099 李美美350108F500.0008120002 趙小飛360108M20.0008120007 羅小花410108F88.200 x0012ff6d0 x0012ff800 x0012ce000 x0012fe12

14、長度為50Accounts08120100 孫悟空110105M600.100 x0012ff300 x0012ff30新找到的空位新結(jié)點孫悟空報到教師：林友芳202022-5-11功能實現(xiàn)（續(xù)）n將指定用戶號的用戶刪除，返回該用戶原來所在位置int DeleteAccountByNumber(struct UserAccount *Accounts, int nLen, char *pszUserNO) int i; for (i = 0; i szUserNO) = 0) free(Accountsi); /釋放空間 Accountsi = NULL; /將當前位置置空 return i;

15、 return -1;用戶結(jié)構(gòu)體指針數(shù)組數(shù)組長度用戶號字符串比較函數(shù)教師：林友芳212022-5-11刪除功能示例0 x0012ff6d0 x0012ff300 x0012ff800 x0012ce000 x0012fe1208120001 張帥帥110108M0.1008120099 李美美350108F500.0008120002 趙小飛360108M20.0008120007 羅小花410108F88.200 x0012ff6d0 x0012ff800 x0012ce000 x0012fe12Accounts08120100 孫悟空110105M600.100 x0012ff30NULL

16、把孫悟空位置找到把孫悟空開除:DeleteAccountByNumber(Accounts, 50, “08120100”)釋放存儲空間教師：林友芳222022-5-11功能實現(xiàn)（續(xù)）n給指定性別的群體充值，返回充值人數(shù)int ChargeByGender(struct UserAccount *Accounts, int nLen, char cGender, double dAmount) int nCounter = 0; /計數(shù)器 for (int i = 0; i cGender = cGender) Accountsi-dBalance+= dAmount; nCounter+;

17、return nCounter;ChargeByGender(Accounts, 50, F, 10.0);/婦女節(jié)發(fā)補助教師：林友芳232022-5-11方法2：鏈接結(jié)構(gòu)n采用鏈式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)n一環(huán)扣一扣，通過一個元素保存的其它元素的地址找到其它元素。n通過鏈接結(jié)構(gòu)實現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)n增加元素：在鐵鏈的某個位置加一鐵環(huán)n刪除元素：去掉鐵鏈的某一鐵環(huán)n問題n鐵鏈中的每一鐵環(huán)是一樣的嗎？n普通的鐵鏈是單向的還是雙向的？n有沒有一些特殊的鐵鏈，比如有多個分叉的？n鐵鏈可以跟銅鏈拴一起嗎？n鐵鏈的頭部可以拴在柱子上嗎？教師：林友芳242022-5-11鏈接結(jié)構(gòu)實現(xiàn)原理n鏈接結(jié)構(gòu)中的元素需要保存的信息n與結(jié)點本

18、身有關(guān)的信息n找到其它元素所需要的信息n這些信息可以組織成結(jié)構(gòu)n問題：如何找到其它元素？n保存其它元素在內(nèi)存中的地址n在結(jié)構(gòu)中設(shè)置指針分量，用來保存其它元素的地址的分量指針分量n問題：指針的類型？n需要指向元素的結(jié)構(gòu)類型的指針類型n如果需要指向的元素與本元素的類型相同的話，則需要定義自引用的結(jié)構(gòu)類型。教師：林友芳252022-5-11鏈接結(jié)構(gòu)n一個結(jié)構(gòu)元素可以通過指針引用同類或不同類的結(jié)構(gòu)元素，多個結(jié)構(gòu)元素通過指針建立聯(lián)系。n指向結(jié)構(gòu)的指針稱為鏈接，形成的復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱為鏈接結(jié)構(gòu)n最簡單的鏈接結(jié)構(gòu)n線性鏈接形成的表，鏈接表。n每個自引用結(jié)構(gòu)有一個鏈接指針分量。教師：林友芳262022-5-11

19、最簡單的鏈接結(jié)構(gòu)：單向鏈表n單向鏈接表就像鏈條，自引用結(jié)構(gòu)是鏈表中的一個鏈節(jié)，稱為鏈表結(jié)點，結(jié)點間由指針連接形成整個結(jié)構(gòu)。n所有結(jié)點（結(jié)構(gòu)）由動態(tài)分配創(chuàng)建。n從指向表首結(jié)點的指針出發(fā)，沿鏈接可順序訪問表中各結(jié)點。該指針代表整個表。通常把最后結(jié)點的指針置空表示結(jié)束。0教師：林友芳272022-5-1100000000更復(fù)雜的引用鏈接結(jié)構(gòu)教師：林友芳282022-5-11單向鏈表結(jié)構(gòu)示例struct UserAccount char UserNO15; char Name20; char ID19; char Gender; double Balance;struct UserAccount *p

20、NextUser;用來保存下一個結(jié)點的地址此處改成如下形式是否可行，為什么？struct UserAccount NextUser;教師：林友芳292022-5-11普通單向鏈表示意圖08120001 張帥帥110108M0.1008120002 趙小飛360108M20.0008120007 羅小花410108F88.2008120099 李美美350108F500.00NULLHeadTail2022-5-1130三、鏈表教師：林友芳312022-5-111. 需求n設(shè)有某系統(tǒng)的用戶信息結(jié)構(gòu)體，其中n用戶ID長度為10n用戶姓名長度不超過10n需要處理的用戶數(shù)據(jù)不定，n假設(shè)某程序需要以鏈表

21、方式處理用戶的數(shù)據(jù)教師：林友芳322022-5-11普通單向鏈表示意DataDataDataDataNULLHeadTail教師：林友芳332022-5-11鏈表結(jié)點結(jié)構(gòu)聲明方法1:struct UserInfoNodechar szID11;/IDchar szName11;/姓名 struct UserInfoNode *pNextUser; /下個用戶指針;方法2：typedef struct UserInfoNode USERNODE, *USERPOINTER;struct UserInfoNodechar szID11;/IDchar szName11;/姓名 USERPOINTE

22、R *pNextUser;/下個用戶指針;教師：林友芳342022-5-11更好的方法：基本信息單獨說明/用戶基本信息結(jié)構(gòu)聲明struct UserInfostruct UserInfo char szID11;char szID11;/ID/ID，1111個字符個字符char szName11;char szName11;/姓名，姓名，1111個字符個字符;或typedef structtypedef struct char szID11;char szID11;/ID/ID，1111個字符個字符char szName11;char szName11;/姓名，姓名，1111個字符個字符 US

23、ERINFO; USERINFO;教師：林友芳352022-5-11更常見合理的聲明方法方法3：struct UserLinkNodestruct UserLinkNode struct UserInfo Data; struct UserInfo Data;/數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) struct UserLinkNode struct UserLinkNode * *pNextUser; /pNextUser; /;struct UserInfo UserInfoArr100;struct UserInfo UserInfoArr100;或typedef structtypedef struct USER

24、INFO Data; USERINFO Data;/數(shù)據(jù)結(jié)點數(shù)據(jù)結(jié)點 struct UserLinkNode struct UserLinkNode * *pNextUser; /pNextUser; / USERLINKNODE ; USERLINKNODE ;教師：林友芳362022-5-11增加一個鏈表描述信息結(jié)點NumberHeadTailDataDataDataDataNULLLinkInfoNoden關(guān)于鏈表整體描述信息結(jié)點教師：林友芳372022-5-11描述結(jié)點結(jié)構(gòu)說明示例struct UserLinkstruct UserLink struct UserLinkNode st

25、ruct UserLinkNode * *pHead; /pHead; /頭指針頭指針 struct UserLinkNode struct UserLinkNode * *pTail; /pTail; /尾指針尾指針int nNumber;int nNumber;/鏈表中的結(jié)點計數(shù)鏈表中的結(jié)點計數(shù);或typedef structtypedef struct USERLINKNODE USERLINKNODE * *pHead; /pHead; /頭指針頭指針 USERLINKNODE USERLINKNODE * *pTail; /pTail; /尾指針尾指針int nNumber;int

26、nNumber;/鏈表中的結(jié)點計數(shù)鏈表中的結(jié)點計數(shù) USERLINK; USERLINK;教師：林友芳382022-5-11可以增加一個不用的頭結(jié)點NumberHeadTailDataDataDataNULLLinkInfoNoden目的在于寫程序方便，簡化一些鏈表操作，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中會有進一步的闡述不用的不用的頭結(jié)點頭結(jié)點教師：林友芳392022-5-11關(guān)于后面的操作的假定n鏈表為單向鏈表n沒有設(shè)置空的頭結(jié)點n設(shè)置有信息描述結(jié)點，記錄如下信息n頭結(jié)點n尾結(jié)點n鏈表中結(jié)點個數(shù)教師：林友芳402022-5-11在鏈表中增加一個節(jié)點n有幾種增加方式n將新結(jié)點作為最后一個元素增加到鏈表的尾部，n將

27、新結(jié)點作為第一個元素增加到鏈表的頭部n將新結(jié)點按照某種次序要求插入到指定位置教師：林友芳412022-5-11加到尾部n如果鏈表為空，則需要做一些初始化工作，將新的結(jié)點當成頭結(jié)點和尾結(jié)點n如果鏈表不為空，則將該結(jié)點作為尾結(jié)點的下一個結(jié)點，修改尾結(jié)點指針。n如果沒有記錄尾結(jié)點指針，則需要從頭結(jié)點開始找到最后一個結(jié)點。pHeadpTailDataDataNULLpNewNode NULL 教師：林友芳422022-5-11示例代碼，加到尾部int AddUserToTail( struct UserLink *pUsers, /鏈表描述信息指針 struct UserLinkNode *pNewU

28、ser/新結(jié)點指針) if (pUsers = NULL | pNewUser = NULL) return -1;if (pUsers-nNumber pHead = pNewUser; pUsers-pTail = pUsers-pHead; /頭尾指針指向同一個結(jié)點 else/把結(jié)點信息附到鏈表尾部 pUsers-pTail-pNext = pNewUser; /加到尾到 pUsers-pTail = pNewUser;/修改尾結(jié)點指針 pUsers-pTail-pNext = NULL;/最后一個結(jié)點的后繼置空pUsers-nNumber+;/計數(shù)加1return 0;教師：林友芳43

29、2022-5-11加到頭部n如果鏈表為空，則需要做一些初始化工作，將新的結(jié)點當成頭結(jié)點和尾結(jié)點n如果鏈表不為空，需要將新結(jié)點的下一個結(jié)點置為原來的頭結(jié)點，并把新結(jié)點作為頭結(jié)點pHeadpTailDataDataNULLNULLpNewNode 教師：林友芳442022-5-11示例代碼，加到頭部int AddUserToHead( struct UserLink *pUsers, /鏈表描述信息指針 struct UserLinkNode *pNewUser/新結(jié)點指針) if (pUsers = NULL | pNewUser = NULL) return -1;if (pUsers-nNumber pHead = pNewUser; pUsers-pTail = pUsers-pHead; /頭尾指針指向同一個結(jié)點 pNewUser-pNext = NULL; else/把結(jié)點信息附到鏈表頭部 pUsers-pNewUser-pNext = pUsers-pHead ; /加到頭部 pUsers-pHead = pNew