静态链表，也是线性存储结构的一种，它兼顾了顺序表和链表的优点于一身，可以看做是顺序表和链表的升级版。

使用静态链表存储数据，数据全部存储在数组中（和顺序表一样），但存储位置是随机的，数据之间”一对一”的逻辑关系通过一个整形变量（称为”游标”，和指针功能类似）维持（和链表类似）。

例如，使用静态链表存储 {1,2,3} 的过程如下：

创建一个足够大的数组，假设大小为 6，如图 1 所示：

空数组
图 1 空数组

接着，在将数据存放到数组中时，给各个数据元素配备一个整形变量，此变量用于指明各个元素的直接后继元素所在数组中的位置下标，如图 2 所示：

静态链表存储数据
图 2 静态链表存储数据

通常，静态链表会将第一个数据元素放到数组下标为 1 的位置（a[1]）中。

图 2 中，从 a[1] 存储的数据元素 1 开始，通过存储的游标变量 3，就可以在 a[3] 中找到元素 1 的直接后继元素 2；同样，通过元素 a[3] 存储的游标变量 5，可以在 a[5] 中找到元素 2 的直接后继元素 3，这样的循环过程直到某元素的游标变量为 0 截止（因为 a[0] 默认不存储数据元素）。

类似图 2 这样，通过 “数组+游标” 的方式存储具有线性关系数据的存储结构就是静态链表。

静态链表中的节点

通过上面的学习我们知道，静态链表存储数据元素也需要自定义数据类型，至少需要包含以下 2 部分信息：

  • 数据域：用于存储数据元素的值；
  • 游标：其实就是数组下标，表示直接后继元素所在数组中的位置；

因此，静态链表中节点的构成用 C 语言实现为：

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typedef struct {
    int data;//数据域
    int cur;//游标
}component;

备用链表

图 2 显示的静态链表还不够完整，静态链表中，除了数据本身通过游标组成的链表外，还需要有一条连接各个空闲位置的链表，称为备用链表。

备用链表的作用是回收数组中未使用或之前使用过（目前未使用）的存储空间，留待后期使用。也就是说，静态链表使用数组申请的物理空间中，存有两个链表，一条连接数据，另一条连接数组中未使用的空间。

通常，备用链表的表头位于数组下标为 0（a[0]） 的位置，而数据链表的表头位于数组下标为 1（a[1]）的位置。

静态链表中设置备用链表的好处是，可以清楚地知道数组中是否有空闲位置，以便数据链表添加新数据时使用。比如，若静态链表中数组下标为 0 的位置上存有数据，则证明数组已满。

例如，使用静态链表存储 {1,2,3}，假设使用长度为 6 的数组 a，则存储状态可能如图 3 所示：备用链表和数据链表
图 3 备用链表和数据链表

图 3 中，备用链表上连接的依次是 a[0]、a[2] 和 a[4]，而数据链表上连接的依次是 a[1]、a[3] 和 a[5]。

静态链表的实现

假设使用静态链表（数组长度为 6）存储 {1,2,3}，则需经历以下几个阶段。

在数据链表未初始化之前，数组中所有位置都处于空闲状态，因此都应被链接在备用链表上，如图 4 所示：

未存储数据之前静态链表的状态
图 4 未存储数据之前静态链表的状态

当向静态链表中添加数据时，需提前从备用链表中摘除节点，以供新数据使用。

备用链表摘除节点最简单的方法是摘除 a[0] 的直接后继节点；同样，向备用链表中添加空闲节点也是添加作为 a[0] 新的直接后继节点。因为 a[0] 是备用链表的第一个节点，我们知道它的位置，操作它的直接后继节点相对容易，无需遍历备用链表，耗费的时间复杂度为 O(1)。

因此，在图 4 的基础上，向静态链表中添加元素 1 的过程如图 5 所示：

静态链表中添加元素 1
图 5 静态链表中添加元素 1

在图 5 的基础上，添加元素 2 的过程如图 6 所示：

静态链表中继续添加元素 2
图 6 静态链表中继续添加元素 2

在图 6 的基础上，继续添加元素 3 ，过程如图 7 所示：

静态链表中继续添加元素 3
图 7 静态链表中继续添加元素 3

由此，静态链表就创建完成了。

下面给出了创建静态链表的 C 语言实现代码：

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#include <stdio.h>
#define maxSize 6
typedef struct {
    int data;
    int cur;
}component;
//将结构体数组中所有分量链接到备用链表中
void reserveArr(component *array);
//初始化静态链表
int initArr(component *array);
//输出函数
void displayArr(component * array, int body);
//从备用链表上摘下空闲节点的函数
int mallocArr(component * array);
int main() {
    component array[maxSize];
    int body = initArr(array);
    printf("静态链表为：\n");
    displayArr(array, body);
    return 0;
}
//创建备用链表
void reserveArr(component *array) {
    int i = 0;
    for (i = 0; i < maxSize; i++) {
        array[i].cur = i + 1;//将每个数组分量链接到一起
        array[i].data = 0;
    }
    array[maxSize - 1].cur = 0;//链表最后一个结点的游标值为0
}
//提取分配空间
int mallocArr(component * array) {
    //若备用链表非空，则返回分配的结点下标，否则返回 0（当分配最后一个结点时，该结点的游标值为 0）
    int i = array[0].cur;
    if (array[0].cur) {
        array[0].cur = array[i].cur;
    }
    return i;
}
//初始化静态链表
int initArr(component *array) {
    int tempBody = 0, body = 0;
    int i = 0;
    reserveArr(array);
    body = mallocArr(array);
    //建立首元结点
    array[body].data = 1;
    array[body].cur = 0;
    //声明一个变量，把它当指针使，指向链表的最后的一个结点，当前和首元结点重合
    tempBody = body;
    for (i = 2; i < 4; i++) {
        int j = mallocArr(array); //从备用链表中拿出空闲的分量
        array[j].data = i;      //初始化新得到的空间结点
        array[tempBody].cur = j; //将新得到的结点链接到数据链表的尾部
        tempBody = j;             //将指向链表最后一个结点的指针后移
    }
    array[tempBody].cur = 0;//新的链表最后一个结点的指针设置为0
    return body;
}
void displayArr(component * array, int body) {
    int tempBody = body;//tempBody准备做遍历使用
    while (array[tempBody].cur) {
        printf("%d,%d\n", array[tempBody].data, array[tempBody].cur);
        tempBody = array[tempBody].cur;
    }
    printf("%d,%d\n", array[tempBody].data, array[tempBody].cur);
}

静态链表添加元素

图 1 建立好的静态链表

图 1 建立好的静态链表

例如，在图 1 的基础，将元素 4 添加到静态链表中的第 3 个位置上，实现过程如下：

  1. 从备用链表中摘除一个节点，用于存储元素 4；
  2. 找到表中第 2 个节点（添加位置的前一个节点，这里是数据元素 2），将元素 2 的游标赋值给新元素 4；
  3. 将元素 4 所在数组中的下标赋值给元素 2 的游标；

经过以上几步操作，数据元素 4 就成功地添加到了静态链表中，此时新的静态链表如图 2 所示：

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图 2 添加元素 4 的静态链表

由此，我们通过尝试编写 C 语言程序实现以上操作。读者可参考如下程序：

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//向链表中插入数据，body表示链表的头结点在数组中的位置，add表示插入元素的位置，num表示要插入的数据
void insertArr(component * array, int body, int add, int num) {
    int tempBody = body;//tempBody做遍历结构体数组使用
    int i = 0, insert = 0;
    //找到要插入位置的上一个结点在数组中的位置
    for (i = 1; i < add; i++) {
        tempBody = array[tempBody].cur;
    }
    insert = mallocArr(array);//申请空间，准备插入
    array[insert].data = num;
    array[insert].cur = array[tempBody].cur;//新插入结点的游标等于其直接前驱结点的游标
    array[tempBody].cur = insert;//直接前驱结点的游标等于新插入结点所在数组中的下标
}

静态链表删除元素

静态链表中删除指定元素，只需实现以下 2 步操作：

  1. 将存有目标元素的节点从数据链表中摘除；
  2. 将摘除节点添加到备用链表，以便下次再用；

比较特殊的是，对于无头结点的数据链表来说，如果需要删除头结点，则势必会导致数据链表的表头不再位于数组下标为 1 的位置，换句话说，删除头结点之后，原数据链表中第二个结点将作为整个链表新的首元结点。

若问题中涉及大量删除元素的操作，建议读者在建立静态链表之初创建一个带有头节点的静态链表，方便实现删除链表中第一个数据元素的操作。

如下是针对无头结点的数据链表，实现删除操作的 C 语言代码：

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//删除结点函数，num表示被删除结点中数据域存放的数据，函数返回新数据链表的表头位置
int deletArr(component * array, int body, int num) {
    int tempBody = body;
    int del = 0;
    int newbody = 0;
    //找到被删除结点的位置
    while (array[tempBody].data != num) {
        tempBody = array[tempBody].cur;
        //当tempBody为0时，表示链表遍历结束，说明链表中没有存储该数据的结点
        if (tempBody == 0) {
            printf("链表中没有此数据");
            return;
        }
    }
    //运行到此，证明有该结点
    del = tempBody;
    tempBody = body;
    //删除首元结点，需要特殊考虑
    if (del == body) {
        newbody = array[del].cur;
        freeArr(array, del);
        return newbody;
    }
    else
    {
        //找到该结点的上一个结点，做删除操作
        while (array[tempBody].cur != del) {
            tempBody = array[tempBody].cur;
        }
        //将被删除结点的游标直接给被删除结点的上一个结点
        array[tempBody].cur = array[del].cur;
        //回收被摘除节点的空间
        freeArr(array, del);
        return body;
    }
}

静态链表查找元素

静态链表查找指定元素，由于我们只知道静态链表第一个元素所在数组中的位置，因此只能通过逐个遍历静态链表的方式，查找存有指定数据元素的节点。

静态链表查找指定数据元素的 C 语言实现代码如下：

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//在以body作为头结点的链表中查找数据域为elem的结点在数组中的位置
int selectNum(component * array, int body, int num) {
    //当游标值为0时，表示链表结束
    while (array[body].cur != 0) {
        if (array[body].data == num) {
            return body;
        }
        body = array[body].cur;
    }
    //判断最后一个结点是否符合要求
    if (array[body].data == num) {
        return body;
    }
    return -1;//返回-1，表示在链表中没有找到该元素
}

静态链表中更改数据

更改静态链表中的数据，只需找到目标元素所在的节点，直接更改节点中的数据域即可。

实现此操作的 C 语言代码如下：

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//在以body作为头结点的链表中将数据域为oldElem的结点，数据域改为newElem
void amendElem(component * array, int body, int oldElem, int newElem) {
    int add = selectNum(array, body, oldElem);
    if (add == -1) {
        printf("无更改元素");
        return;
    }
    array[add].data = newElem;
}

静态链表和动态链表比较

链表存储结构
图 1 链表存储结构

类似图 1 这样的链表，它更喜欢人们称它为 “动态链表”。

随后又接触了静态链表。同样是存储图 1 中的数据 {1,2,3}，使用静态链表存储数据的状态如图 2 所示：

静态链表存储数据示意图
图 2 静态链表存储数据示意图

为了让读者分清动态链表和静态链表，本节来分析一下它们之间的区别和联系。

静态链表和动态链表的共同点是，数据之间”一对一”的逻辑关系都是依靠指针（静态链表中称”游标”）来维持，仅此而已。

静态链表

使用静态链表存储数据，需要预先申请足够大的一整块内存空间，也就是说，静态链表存储数据元素的个数从其创建的那一刻就已经确定，后期无法更改。

比如，如果创建静态链表时只申请存储 10 个数据元素的空间，那么在使用静态链表时，数据的存储个数就不能超过 10 个，否则程序就会发生错误。

不仅如此，静态链表是在固定大小的存储空间内随机存储各个数据元素，这就造成了静态链表中需要使用另一条链表（通常称为”备用链表”）来记录空间存储空间的位置，以便后期分配给新添加元素使用，如图 2 所示。

这意味着，如果你选择使用静态链表存储数据，你需要通过操控两条链表，一条是存储数据，另一条是记录空闲空间的位置。

动态链表

使用动态链表存储数据，不需要预先申请内存空间，而是在需要的时候才向内存申请。也就是说，动态链表存储数据元素的个数是不限的，想存多少就存多少。

同时，使用动态链表的整个过程，你也只需操控一条存储数据的链表。当表中添加或删除数据元素时，你只需要通过 malloc 或 free 函数来申请或释放空间即可，实现起来比较简单。

转载自：http://data.biancheng.net/view/163.html