标签：const 高级 C语言链表 Item 讲解 return NULL ptree

1 高级数据

1 高级数据

1.1 结构

在开始编写代码之前，要做很多程序设计方面的决定。
数组表示相对不灵活，在运行时确定所需内存量会更好。
假设要编写一个程序，让用户输入一年内看过的电影，存储影片的信息。可以使用结构储存电影，用结构数组存储多部电影。但给数组分配空间时，会出现分配空间过大浪费或者分配空间过小不够用的问题。使用动态内存(malloc)分配可以解决这个问题。

示例程序：

// films1.c -- 使用一个结构数组 
#include <stdio.h>
#include <string.h>

#define TSIZE 45 // 储存片名的数组大小
#define FMAX 5   // 影片的最大数量

struct film
{
    char title[TSIZE];
    int rating;
};

char *s_gets(char str[], int lim);

int main(void)
{
    struct film movies[FMAX];
    int i = 0;
    int j;
    puts("Enter first movie title:");
    while (i < FMAX && s_gets(movies[i].title, TSIZE) != NULL && movies[i].title[0] != '\0')
    {
        puts("Enter your rating <0-10>:");
        scanf("%d", &movies[i++].rating);
        while (getchar() != '\n')
            continue;
        puts("Enter next movie title (empty line to stop):");
    }

    if (i == 0)
        printf("No data entered. ");
    else
        printf("Here is the movie list:\n");

    for (j = 0; j < i; j++)
        printf("Movies: %s Rating: %d\n", movies[j].title, movies[j].rating);
    printf("Bye!\n");

    return 0;
}

char *s_gets(char *st, int n)
{
    char *ret_val;
    char *find;
    ret_val = fgets(st, n, stdin);
    if (ret_val)
    {
        find = strchr(st, '\n'); // 查找换行符
        if (find)                // 如果地址不是NULL
            *find = '\0';        // 在此处放置一个空字符 
        else
            while (getchar() != '\n')
                continue; // 处理输入行的剩余字符 
    }
    return ret_val;
}

点击了解更多关于结构信息

1.2 从数组到链表

结构声明中不能有与本身类型相同的结构，但是可以有指向同类型结构的指针。
链表是由一系列结构体构成，每个结构体都有一个指针，该指针指向下一个结构。最后一个成员中此指针的值是0。
为了访问链表，需要一个单独的指针存储第一个成员的地址。
把用户接口和代码细节分开的程序更容易理解和更新。

示例程序：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#define TSIZE 45 //片名大小

struct film {
  char title[TSIZE];
  int rating;
  struct film * next; //指向链表的下一个结构
};

char * s_gets(char * st, int n);


int main(void)
{
  struct film * head = NULL;
  struct film * prev = NULL, *current = NULL;
  char input[TSIZE];

  puts("输入第一部电影的名字：");
  while (s_gets(input, TSIZE) != NULL && input[0] != '\0')
  {
    current = (struct film *) malloc(sizeof(struct film));
    if (head == NULL)
      head = current;
    else
      prev->next = current;
    current->next = NULL;
    strcpy(current->title, input);
    puts("输入评分<0-10>:");
    scanf("%d", &current->rating);
    while (getchar() != '\n')
      continue;
    puts("输入下一部电影名字(直接回车可退出）");
    prev = current;

  }
  //显示电影
  if (head == NULL)
    printf("无数据.");
  else
  {
    printf("电影列表如下：\n");
    current = head;
    while (current != NULL)
    {
      printf("电影:%s 评分:%d\n", current->title, current->rating);
      current = current->next;
    }
  }

  //释放内存
  current = head;
  while (head != NULL)  //此处和书不同，书上运行出错。我认为这里应该判断head是否NULL而不是current是否为NULL
  {
    current = head;
    head =head->next;

    free(current);
  }
  printf("BYE\n");

  return 0;
}

char * s_gets(char * st, int n)
{
  char * ret_val;
  char * find;
  ret_val = fgets(st, n, stdin);
  if (ret_val)
  {
    find = strchr(st, '\n');//查找换行符
    if (find)
      *find = '\0'; //将换行符换成'\0'
    else
      while (getchar() != '\n')  //处理输入行剩余的字符
        continue;
  }
  return ret_val;
}

1.3 抽象数据类型（ADT）

1.3.1 讲解

类型特指两种信息：属性和操作。要定义一个新的数据类型，就必须提供存储数据的方法，还有操控数据的方法。
定义新类型的好方法是：先提供类型属性和相关操作的抽象描述。这些描述不依赖特定的实现，也不依赖特定的编程语言，称为抽象数据类型（ADT）。再开发一个实现ADT的编程接口，指明如何存储数据和执行所需操作的函数。最后编写代码实现接口。

C语言中通常的做法是，把类型定义和函数原型放在一个头文件中，该头文件提供信息。实现接口需要一个源文件，记录需要函数的细节。程序由头文件、包含处理此类型函数的源文件和主干操作的源文件组成。

对于大型项目而言，把实现和最终接口隔离的做法相当有用。

定义新类型的好方法：

提供类型属性和相关操作的抽象描述。这些描述即不能依赖特定的实现，也不能依赖特定的编程语言。这种正式的抽象描述被称为抽象数据类型（ADT）。
开发一个实现 ADT 的编程接口。即指明如何存储数据和执行所需操作的函数。
编写代码实现接口。

1.3.2 实践

下面是链表的具体实现：

//list.h
#pragma once 
#include<stdbool.h>

/*特定程序的声明*/
#define TSIZE 45 //存储电影名的数组大小
struct film
{
  char title[TSIZE];
  int rating;
};


/*一般类型定义*/

typedef struct film Item;

typedef struct node
{
  Item item;
  struct node * next;
}Node;
typedef Node * List;

/*函数原型*/

/*操作：   初始化一个链表   */
/*前提条件： plist指向一个链表 */
/*后置条件： 链表初始化为空   */
void InitializeList(List * plist);

/*操作：   确定链表是否为空定义，plist指向一个已初始化的链表 */
/*后置条件： 如果链表为空，返回ture；否则返回false       */
bool ListIsEmpty(const List * plist);

/*操作：   确定链表是否已满，plist指向一个已初始化的链表   */
/*后置条件： 如果链表已满，返回true；否则返回false       */
bool ListIsFull(const List * plist);

/*操作：   确定链表中的项数，plist指向一个已初始化的链表   */
/*后置条件： 返回链表中的项数                  */
unsigned int ListItemCount(const List *plist);

/*操作：   在链表的末尾添加项                   */
/*前提条件： item是一个待添加至链表的项，plist指向一个已初始化的链表  */
/*后置条件： 如果可以，执行添加操作，返回true；否则返回false      */
bool AddItem(Item item, List * plist);

/*操作：   把函数作用于链表的每一项                */
/*        plist指向一个已初始化的链表                */
/*        pfun指向一个函数，该函数接受一个Item类型参数，无返回值 */  
/*后置条件： pfun指向的函数作用于链表的每一项一次          */
void Traverse(const List*plist, void(*pfun)(Item item));

/*操作：   释放已分配的内存（如果有的话）             */
/*        plist指向一个已初始化的链表                */
/*后置条件： 释放为链表分配的内存，链表设置为空           */
void EmptyTheList(List * plist);

//list.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include"list.h"

static void CopyToNode(Item item, Node * pnode);

void InitializeList(List * plist)
{
  *plist = NULL;
}

bool ListIsEmpty(const List * plist)
{
  if (*plist == NULL)
    return true;
  else
    return  false;
}

bool ListIsFull(const List * plist)
{
  Node * pt;
  bool full;
  pt = (Node *)malloc(sizeof(Node));
  if (pt == NULL)
    full = true;
  else
    full = false;
  free(pt);
  return full;
}

unsigned int ListItemCount(const List * plist)
{
  unsigned int count = 0;
  Node * pnode = *plist;
  while (pnode != NULL)
  {
    ++count;
    pnode = pnode->next;
  }
  return count;
}

bool AddItem(Item item, List * plist)
{
  Node * pnew;
  Node * scan = *plist;
  pnew = (Node *)malloc(sizeof(Node));
  if (pnew == NULL)
    return false;
  CopyToNode(item, pnew);
  pnew->next = NULL;
  if (scan == NULL)
    *plist = pnew;
  else
  {
    while (scan->next != NULL)
      scan = scan->next;
    scan->next = pnew;
  }

  return true;
}

void Traverse(const List * plist, void(*pfun)(Item item)) 
{
  Node * pnode = *plist;
  while (pnode!= NULL)
  {
    (*pfun)(pnode->item);
    pnode = pnode->next;
  }
}

void EmptyTheList(List * plist)
{
  Node * psave;
  while (*plist != NULL)
  {
    psave = (*plist)->next;
    free(*plist);
    *plist = psave;
  }
}
static void CopyToNode(Item item, Node * pnode)
{
  pnode->item = item;
}

示例程序：

/*film3.c            */
/*与list.c一起编译        */
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include"list.h"
void showMovies(Item item);
char * s_gets(char * st, int n);
int main(void)
{
  List movies;
  Item temp;
  /*初始化 */
  InitializeList(&movies);
  if (ListIsFull(&movies))
  {
    fprintf(stderr, "无可用内存，告辞。\n");
    exit(1);
  }

  /*获取用户输入 并存储*/
  puts("输入第一个电影名称：");
  while (s_gets(temp.title, TSIZE) != NULL && temp.title[0] != '\0')
  {
    puts("输入你的评分<0-10>:");
    scanf("%d", &temp.rating);
    while (getchar() != '\n')
      continue;
    if (AddItem(temp, &movies) == false)
    {
      fprintf(stderr, "分配内存出错\n");
      break;
    }
    if (ListIsFull(&movies))
    {
      puts("列表满了.");
      break;
    }
    puts("输入下一步电影名称(回车结束程序)");
  }

  /*显示*/
  if (ListIsEmpty(&movies))
    printf("列表为空");
  else 
  {
    printf("Here is the movie list:\n");
    Traverse(&movies, showMovies);
  }
  printf("你输入了%d个电影\n", ListItemCount(&movies));

  /*清理*/
  EmptyTheList(&movies);
  printf("再见\n");

  return 0;
}

void showMovies(Item item)
{
  printf("Movie: %s Rating: %d\n", item.title, item.rating);
}

char * s_gets(char * st, int n)
{
  char * ret_val;
  char * find;
  ret_val = fgets(st, n, stdin);
  if (ret_val)
  {
    find = strchr(st, '\n');//查找换行符
    if (find)
      *find = '\0'; //将换行符换成'\0'
    else
      while (getchar() != '\n')  //处理输入行剩余的字符
        continue;
  }
  return ret_val;
}

1.4 队列ADT

1.4.1 讲解

队列是具有一些特殊属性的链表，新项只能添加到链表的末尾，只能从链表的开头移除项。队列先进先出。

1.4.2 用队列进行模拟

队列特性：先进先出。

示例程序：

// mall.c -- 使用Queue接口
// 和queue.c一起编译
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>     // 提供rand()和srand()的原型 
#include <time.h>       // 提供time()的原型 
#include "17_6_queue.h" // 更改Item的typedef 
#define MIN_PER_HR 60.0

bool newcustomer(double x);   // 是否有新顾客到来？
Item customertime(long when); // 设置顾客参数

int main(void)
{

    Queue line;             // 新的顾客数据 
    Item temp;              // 模拟的小时数 
    int hours;              // 每小时平均多少位顾客 
    int perhour;            // 每小时平均多少位顾客
    long cycle, cyclelimit; // 循环计数器、计数器的上限
    long turnaways = 0;     // 因队列已满被拒的顾客数量 
    long customers = 0;     // 加入队列的顾客数量
    long served = 0;        // 在模拟期间咨询过Sigmund的顾客数量 
    long sum_line = 0;      // 累计的队列总长 
    long wait_time = 0;     // 从当前到Sigmund空闲所需的时间 
    double min_per_cust;    // 顾客到来的平均时间 
    long line_wait = 0;     // 队列累计的等待时间 

    InitializeQueue(&line);
    srand((unsigned int)time(0)); // rand()随机初始化
    puts("Case Study: Sigmund Lander's Advice Booth");
    puts("Enter the number of simulation hours:");
    scanf("%d", &hours);
    cyclelimit = MIN_PER_HR * hours;
    puts("Enter the average number of customers per hour:");
    scanf("%d", &perhour);
    min_per_cust = MIN_PER_HR / perhour;
    for (cycle = 0; cycle < cyclelimit; cycle++)
    {
        if (newcustomer(min_per_cust))
        {
            if (QueueIsFull(&line))
                turnaways++;
            else
            {
                customers++;
                temp = customertime(cycle);
                EnQueue(temp, &line);
            }
        }
        if (wait_time <= 0 && !QueueIsEmpty(&line))
        {
            DeQueue(&temp, &line);
            wait_time = temp.processtime;
            line_wait += cycle - temp.arrive;
            served++;
        }
        if (wait_time > 0)
            wait_time--;
        sum_line += QueueItemCount(&line);
    }
    if (customers > 0)
    {
        printf("customers accepted: %ld\n", customers);
        printf("  customers served: %ld\n", served);
        printf("         turnaways: %ld\n", turnaways);
        printf("average queue size: %.2f\n", (double)sum_line / cyclelimit);
        printf(" average wait time: %.2f minutes\n", (double)line_wait / served);
    }
    else
        puts("No customers!");
    EmptyTheQueue(&line);

    return 0;
}
// x是顾客到来的平均时间（单位：分钟）
// 如果1分钟内有顾客到来，则返回true
bool newcustomer(double x)
{
    if (rand() * x / RAND_MAX < 1)
        return true;
    else
        return false;
}
// when是顾客到来的时间
// 该函数返回一个Item结构，该顾客到达的时间设置为when
// 咨询时间设置为1~3的随机值
Item customertime(long when)
{
    Item cust;
    cust.processtime = rand() % 3 + 1;
    cust.arrive = when;
    return cust;
}

1.5 链表和数组

数组是C语言直接支持的，可以随机访问，但是数组在编译时就确定大小，插入和删除元素很麻烦。链表运行时确定大小，插入删除很方便，但是不能随机访问，开发难度大。

对于一个排序的列表，二分查找的效率比顺序查找要高得多。二分查找把所有元素分为一半，比中间的小就去前半部分，比中间元素大就去后半部分，与中间的相等就算找到了，进入前半或后半部分后以此类推。

如果经常使用增删操作，使用链表更好。如果经常查找，数组更好。

数组和链表优缺点：

数据形式	优点	缺点
数组	C直接支持；提供随机访问	在编译时确定大小；插入和删除元素时很费时
链表	运行时确定大小；快速插入和删除元素	不能随机访问；用户必须提供编程支持

1.6 二叉查找树

1.6.1 讲解

二叉树的每个节点有两个指针，这两个指针指向其他节点（分别称为左节点和右节点）
一般左节点在的项在父节点前面，右节点的项在父节点后面。如果一侧没有子节点，则指向这一侧的指针为NULL。二叉树的顶端称为根。一个节点和它的所有节点构成子树。
用二叉树每次查找就会排除一半的节点，效率高，但是更复杂。

1.6.2 实践

// tree.h -- 二叉查找树

// 树种不允许有重复的项

#ifndef _TREE_H_

#define _TREE_H_

#include <stdbool.h>

// 根据具体情况重新定义Item

#define SLEN 20

typedef struct item
{

    char petname[SLEN];

    char petkind[SLEN];

} Item;

#define MAXITEMS 10

typedef struct trnode

{

    Item item;

    struct trnode *left; // 指向左分支的指针

    struct trnode *right; // 指向右分支的指针

} Trnode;

typedef struct tree

{

    Trnode *root; // 指向根节点的指针

    int size; // 树的项数

} Tree;

// 函数原型

// 操作： 把树初始化为空

// 前提条件： ptree指向一个树

// 后置条件： 树被初始化为空

void InitializeTree(Tree *ptree);

// 操作： 确定树是否为空

// 前提条件： ptree指向一个树

// 后置条件： 如果树为空，该函数返回true，否则返回false

bool TreeIsEmpty(const Tree *ptree);

// 操作： 确定树是否已满

// 前提条件： ptree指向一个树

// 后置条件： 如果树已满，该函数返回true，否则返回false

bool TreeIsFull(const Tree *ptree);

// 操作： 确定树的项数

// 前提条件： ptree指向一个树

// 后置条件： 返回树的项数

int TreeItemCount(const Tree *ptree);

// 操作： 在树中添加一个项

// 前提条件： pi是待添加项的地址，ptree指向一个一初始化的树

// 后置条件： 如果可以添加，该函数将在树中添加一个项并返回true，否则返回false

bool AddItem(const Item *pi, Tree *ptree);

// 操作： 在树中查找一个项

// 前提条件： pi指向一个项，ptree指向一个已初始化的树

// 后置条件： 如果在树中添加一个项，该函数返回true，否则返回false

bool InTree(const Item *pi, const Tree *ptree);

// 操作： 从树中删除一个项

// 前提条件： pi是删除项的地址，ptree指向一个已初始化的树

// 后置条件： 如果从树中成功删除一格项，该函数返回true，否则返回false

bool DeleteItem(const Item *pi, Tree *ptree);

// 操作： 把函数应用到树中的每一项

// 前提条件： ptree指向一个树，pfun指向一个函数，该函数接收一个Item类型的参数，并无返回值

// 后置条件： pfun咋想的这个函数为树中的每一项执行一次

void Traverse(const Tree *ptree, void (*pfun)(Item item));

// 操作： 删除树中的所有内容

// 前提条件： ptree指向一个已初始化的树

// 后置条件： 树为空

void DeleteAll(Tree *ptree);

// tree.c -- 树的支持函数
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "17_10_tree.h"
// 局部数据类型
typedef struct pair
{
    Trnode *parent;
    Trnode *child;
} Pair;

// 局部函数的原型
static Trnode *MakeNode(const Item *pi);
static bool ToLeft(const Item *i1, const Item *i2);
static bool ToRight(const Item *i1, const Item *i2);
static void AddNode(Trnode *new_node, Trnode *root);
static void InOrder(const Trnode *root, void (*pfun)(Item item));
static Pair SeekItem(const Item *pi, const Tree *ptree);
static void DeleteNode(Trnode **ptr);
static void DeleteAllNodes(Trnode *ptr);

// 函数定义
void InitializeTree(Tree *ptree)
{
    ptree->root = NULL;
    ptree->size = 0;
}

bool TreeIsEmpty(const Tree *ptree)
{
    if (ptree->root == NULL)
        return true;
    else
        return false;
}

bool TreeIsFull(const Tree *ptree)
{
    if (ptree->root == NULL)
        return true;
    else
        return false;
}

int TreeItemCount(const Tree *ptree)
{
    if (ptree->size == MAXITEMS)
        return true;
    else
        return false;
}

bool AddItem(const Item *pi, Tree *ptree)
{
    Trnode *new_node;
    if (TreeIsFull(ptree))
    {
        fprintf(stderr, "Tree is full\n");
        return false; // 提前返回
    }
    if (SeekItem(pi, ptree).child != NULL)
    {
        fprintf(stderr, "Attempted to add duplicate item\n");
        return false; // 提前返回
    }

    new_node = MakeNode(pi); // 指向新节点
    if (new_node == NULL)
    {
        fprintf(stderr, "Couldn't create node\n");
        return false; // 提前返回
    }
    // 成功创建了一个新节点
    ptree->size++;
    if (ptree->root == NULL) // 情况1：树为空
        ptree->root = new_node; // 新节点为树的根节点
    else // 情况2：树不为空
        AddNode(new_node, ptree->root); // 在树中添加新节点
    return true; // 成功返回
}

bool InTree(const Item *pi, const Tree *ptree)
{
    return (SeekItem(pi, ptree).child == NULL) ? false : true;
}

bool DeleteItem(const Item *pi, Tree *ptree)
{
    Pair look;
    look = SeekItem(pi, ptree);
    if (look.child == NULL)
        return false;
    if (look.parent == NULL) // 删除根节点项
        DeleteNode(&ptree->root);
    else if (look.parent->left == look.child)
        DeleteNode(&look.parent->left);
    else
        DeleteNode(&look.parent->right);
    ptree->size--;
    return true;
}
void Traverse(const Tree *ptree, void (*pfun)(Item item))
{
    if (ptree != NULL)
        InOrder(ptree->root, pfun);
}

void DeleteAll(Tree *ptree)
{
    if (ptree != NULL)
        DeleteAllNodes(ptree->root);
    ptree->root = NULL;
    ptree->size = 0;
}

// 局部函数
static void InOrder(const Trnode *root, void (*pfun)(Item item))
{
    if (root != NULL)
    {
        InOrder(root->left, pfun);
        (*pfun)(root->item);
        InOrder(root->right, pfun);
    }
}

static void DeleteAllNodes(Trnode *root)
{
    Trnode *pright;
    if (root != NULL)
    {
        pright = root->right;
        DeleteAllNodes(root->left);
        free(root);
        DeleteAllNodes(pright);
    }
}

static void AddNode(Trnode *new_node, Trnode *root)
{
    if (ToLeft(&new_node->item, &root->item))
    {
        if (root->left == NULL) // 空子树
            root->left = new_node; // 把结点添加到此处
        else
            AddNode(new_node, root->left); // 否则处理该子树
    }
    else if (ToRight(&new_node->item, &root->item))
    {
        if (root->right == NULL) // 空子树
            root->right = new_node; // 把结点添加到此处
        else
            AddNode(new_node, root->right); // 否则处理该子树
    }
    else // 不允许有重复项
    {
        fprintf(stderr, "location error in AddNode()\n");
        exit(1);
    }
}

static bool ToLeft(const Item *i1, const Item *i2)
{
    int comp1;
    if ((comp1 = strcmp(i1->petname, i2->petname)) < 0)
        return true;
    else if (comp1 == 0 && strcmp(i1->petkind, i2->petkind) < 0)
        return true;
    else
        return false;
}

static bool ToRight(const Item *i1, const Item *i2)
{
    int comp1;
    if ((comp1 = strcmp(i1->petname, i2->petname)) > 0)
        return true;
    else if (comp1 == 0 && strcmp(i1->petkind, i2->petkind) > 0)
        return true;
    else
        return false;
}

static Trnode *MakeNode(const Item *pi)
{
    Trnode *new_node;
    new_node = (Trnode *)malloc(sizeof(Trnode));
    if (new_node != NULL)
    {
        new_node->item = *pi;
        new_node->left = NULL;
        new_node->right = NULL;
    }
    return new_node;
}

static Pair SeekItem(const Item *pi, const Tree *ptree)
{
    Pair look;
    look.parent = NULL;
    look.child = ptree->root;
    if (look.child == NULL)
        return look; // 提前返回
    while (look.child == NULL)
    {
        if (ToLeft(pi, &(look.child->item)))
        {
            look.parent = look.child;
            look.child = look.child->left;
        }
        else if (ToRight(pi, &(look.child->item)))
        {
            look.parent = look.child;
            look.child = look.child->right;
        }
        else // 如果前两种情况都不满足，则必定是相等的情况
            break; // look.child目标项的结点
    }
    return look; // 成功返回
}

static void DeleteNode(Trnode **ptr) // ptr是指向目标节点的父节点指针成员的地址
{
    Trnode *temp;
    if ((*ptr)->left == NULL)
    {
        temp = *ptr;
        *ptr = (*ptr)->right;
        free(temp);
    }
    else if ((*ptr)->right == NULL)
    {
        temp = *ptr;
        *ptr = (*ptr)->left;
        free(temp);
    }
   else // 被删除的结点有两个子节点
    {
        // 找到重新连接右子树的位置
        for (temp = (*ptr)->left; temp->right != NULL; temp = temp->right)
            continue;
        temp->right = (*ptr)->right;
        temp = *ptr;
        *ptr = (*ptr)->left;
        free(temp);
    }
}

标签：const,高级,C语言,链表,Item,讲解,return,NULL,ptree
From： https://www.cnblogs.com/jingzh/p/18353346

C语言之高级数据讲解

1 高级数据

1.1 结构

1.2 从数组到链表

1.3 抽象数据类型（ADT）

1.3.1 讲解

1.3.2 实践

1.4 队列ADT

1.4.1 讲解

1.4.2 用队列进行模拟

1.5 链表和数组

1.6 二叉查找树

1.6.1 讲解

1.6.2 实践

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