穷究链表（三）

今天，终于可以开始进行链表的定义了。

这里所讲的是关于C语言下的情况，所以首先我们所有的程序都要使用.C而不是.CPP作为后缀。在以cpp作为后缀的文件中进行编译，很多语法是不一样的。下面会在必要的地方提到一些区别。

另外还要注意的就是，一般在工程中，是分为头文件和源文件的，也就是.c文件和.h文件（因为一开始是使用C来实现，所以严格一些，还是说.c文件，不过不清楚的就是VS2005是否完全符合C99，还是符合哪个，所有都是在VS2005下面来做），这里一开始实现就尽量放在源文件中进行实现，也就是linkedlist.c中实现。在工程项目中，还是需要将头文件和源文件分清楚。头文件相当于接口的性质，同时在移植性的项目中，由于头文件的依赖性等问题，还会引出很多的问题，也会引出很多无奈的解决方案的产生（当然，有很多也是很天才的想法）。

也因为头文件带来了这么多的问题，所以在后面的JAVA和.NET中，就没有出现头文件的概念了。而C和C++相同的编译机制，使得其还是需要头文件来进行链接工作（对于这点，我很清楚的部分是头文件在链接中是需要的，否则只有定义没有声明的变量和函数就会找不到，obj文件之间通过头文件来互相索引，但是具体链接器的原理，我并没有研究过，所以更深入的部分就不太清楚了）。所以，我猜想，这也是C中还是继续使用头文件的原因。

下面的实现都放在源文件中

一开始当然是链表节点的定义了。

这里就开始考虑一些问题。

从表示方式来思考，我们使用结构体来做链表节点的表示。其中数据为int类型，我使用的是32位机器，IA-32架构，WinXP系统。其中操作系统的影响不大，如果是使用unicode相关的，则操作系统会有一些影响，98和NT架构内部对于ANSI程序和UNICODE程序的处理是不太一样的。同时，还包含有一个指向链表节点的指针，一般会命名为next，表明是指向下一个链表节点。

那这里的问题就是C语言中结构体定义的问题，同时再加上一个typedef的使用问题。我们如何用C语言来将我们需要表示的链表节点表示出来。

粗一看，很简单，不就是定义一个结构体吗，但是真正实现的时候，你会发现还是很有思考的余地的。就像吃东西一样，还是很有嚼头的。让我们慢慢往下看。

 
下面我们定义了一个链表节点结构体（片段1）

struct listnode
2{
3    int data;
4    struct listnode *next;
5};
6

 这是最简单的链表节点的定义了。

你可能看到过这样的写法：（片段2--此片段在C中会出现错误）

struct listnode
2{
3    int data;
4    listnode *next;
5};
6

这样的写法在cpp中是可以编译通过的。但是在c中，你要使用结构体的自定义类型时，需要在前面加上struct关键词才可以。这就是c和cpp之间微妙的区别。所以，如果你在将cpp代码放入c中，编译不通过时，可以看一下，是否是你的struct关键词没有写上。尽管不了解这个，你也可以写出运行正确的代码来，多了解一些并不是坏处，不是吗？

对语言细节的掌握，可以让你更深刻的了解为什么要这么去编写这些代码。

另外，对于片段1的编写，可以注意的地方有：

1． struct的最后要使用分号来进行结尾，否则编译器无法解析，会报出让人无语的错误。同样，class的最后也是一样。

2． 你可以定义一个匿名的结构体，也就是在struct之后不用加上任何名字，但是在定义链表节点的时候不能这样做，为什么？因为在之后你需要使用到这个结构体定义，你需要定义一个指向这个结构体的指针next。

3． 这两个成员的访问权限，结构体的默认访问权限为public。

对于第二点，其实细想起来还是有些诡异的。因为你这个结构体还没有完全定义好，就又在使用了，而且是在其本身内部进行的使用。其实这里面使用的只是一个指针，而用的是使用前向声明，让编译器知道有这样的一个结构而已，具体这个结构的内容在此时并不需要知道。如果这里我们不用指针，而是用结构体本身，那就会出现错误。

在对于最简单的结构体了解清楚上面提到的问题后，我们接着往下看。

我们还可以这样定义：（片段3）

struct listnode
2{
3    int data;
4    struct listnode *next;
5}node;
6

可以看到，在最尾巴的地方，在分号之前增加了一个node。
说明：
C中有类型和变量之分。listnode就是定义出来的类型，而node就是listnode类型的变量。呵呵，比较绕口是吧，但是就是这样的。简单的说，listnode为类型，而且是用户（也就是我）自定义出来的新类型，node是一个变量。这里就定义了一个名为node的全局变量。
 

下面开始来编写实验代码，这里要注意的是如果你使用微软的Visual Studio系列，那试验时需要将文件的后缀名修改为.c，而不是.cpp，如果你使用.cpp后缀名是得不到上面的结果的。

完整的试验代码（代码1）：

 1#include <stdio.h>
 2
 3struct listnode
 4{
 5    int data;
 6    struct listnode *next;
 7}node;
 8
 9void f(struct listnode* node)
10{
11    printf("node->data = %d\n",node->data);
12}
13
14int main()
15{
16    struct listnode node;
17    node.data=5;
18    node.next=0;
19
20    f(&node);
21    return 0;
22}
23

很久不写C代码，即使写，也是在cpp中写的伪c，感觉不太适应了。比如在创建链表节点的时候，想用new，编译不通过才想起应该用malloc，看着malloc不太爽而使用了局部变量（还是new好看些）。而在给链表节点赋值的时候，又想起使用构造函数，但是尽管是struct，也是在C++中才可以使用构造函数的。

另外还有一点，就是对next赋值的时候，使用的是0，而不是NULL。在标准中，NULL是不存在的（后来经过查证，NULL是存在的，只要include <iostream>即可，真正定义NULL的地方为stdio.h，此为VS2005的实现，其他编译器实现不清楚）。
指针，最标准的NULL为(void *)0;

注意到这里有一个函数f，因为C中只有全局函数，所以在实现库的时候，也是使用多个全局函数和结构体的结合来完成需要的功能的。这样其实对于数据本身的保护和管理就不是很好，而C++以及之后的抽象数据类型提供了封装性的特性，也是为了更好的实现数据和操作的整合。

稍微仔细看代码的同学就可以发现，此时，在上面代码中使用的node有两个，一个为全局变量，一个为main函数中的局部变量，其作用域范围是不同的。

局部变量其内存分配是在栈上面的，而全局变量是分配在全局区。这里就涉及到PE文件的格式，具体关于格式的问题，没有特别的深究过，所以这里也就是春秋笔法，简略而过。记得大概有.TEXT, .BSS, .DATA等段。以及代码段，有兴趣的同学可以继续研究下去，可以去pediy看看里面的内容。

关于变量，除了全局变量和局部变量外，还有一个修饰符的问题。
C中变量有auto, register, static, extern，另外的修饰符还有const。

auto变量是局部变量默认不加任何修饰符，默认就是auto变量，auto变量的作用域范围就是从声明的地方开始，到特定作用域的范围结束。（这里C和C++大概有些不同，C一般都是在函数开头的地方进行声明，然后使用；而C++是在需要使用的时候进行声明，比如在某个循环中，或者某个判断中，然后出了循环或者判断，这个变量的作用域也就结束了）。
register变量是存在寄存器中的。
static变量可以用来修饰函数和变量，其作用域范围是整个程序的生命周期。而对于文件来说，其作用范围是该文件，其他文件中是看不到该变量的。
extern用于函数和变量，是用来声明它们的。

最后来看一个代码，看看大家是否能够发现其中的问题，是在实验const的时候出现的编译错误，但是和const本身无关，害我找了好久。（代码2）

 1#include <stdio.h>
 2
 3struct listnode
 4{
 5    int data;
 6    struct listnode *next;
 7}node;
 8
 9int main()
10{
11    node.data=6;
12    node.next=0;
13    const int a=10;
14
15    printf("node.data = %d\n",node.data);
16    return 0;
17}
18

编译器报错为：
------ Build started: Project: linkedlist, Configuration: Debug Win32 ------
Compiling...
list.c
error C2143: syntax error : missing ';' before 'const'
linkedlist - 1 error(s), 0 warning(s)
========== Build: 0 succeeded, 1 failed, 0 up-to-date, 0 skipped ==========

其实原因为，C中需要在函数开头的地方进行声明，然后使用。const int a是声明，所以要放在赋值语句的前面。这也是C和C++使用上的区别。在前面提到auto变量的时候也说过了。这个如果写惯了C++或者其他JAVA等语言的代码后，就常常会忘记。而编译时报出来的错也很难让你了解具体的问题。

下面来看最常用的形式（片段4）

typedef struct listnode
2{
3    int data;
4    struct listnode *next;
5}node;
6

这里使用typedef，将结构体来定义为一个类型。此时尽管名字还是node，但是它已经不是一个变量，而是一个类型了。
我们可以这样使用：（代码3）

 

 1#include <stdio.h>
 2
 3typedef struct listnode
 4{
 5    int data;
 6    struct listnode *next;
 7}node;
 8
 9int main()
10{
11    node n;
12    n.data=5;
13    n.next=0;
14
15    return 0;
16}
17

此时n为局部变量。

而这里我们注意到，在main函数中定义变量n的时候，我们没有使用struct node，而是直接使用node来定义（事实上使用struct node反而会编译错误），这样十分简洁，同时与我们使用系统自带类型的使用方式就一样了。这就是我们为什么会在比较工整的C程序中看到typedef的原因了。一般我们看到最多的就是这种形式的结构体定义。

类型定义中node看起来会引起一些误解，所以将其名字修改一下，最后定型为：（片段5）

typedef struct listnodeT
2{
3    int data;
4    struct listnodeT *next;
5}listnode;
6

短短的5行代码，花了这么多内容来进行介绍，由此可知，要写一个完整的链表程序是多么的困难。而要用C++来完成这个程序又是难上加难。而使用对模板支持极差的VC6来完成C++的模板程序更是Mission Impossible。（不知道有多少同学用VC6实现过，反正我是很久之后才能搞定的）。
所以，不管是教，还是学习数据结构的时候，请务必确定你的IDE环境工具，以及对该工具本身特性的掌握，同时对数据结构本身实现语言的掌握，如用C来实现就是对C的掌握，用JAVA就是对JAVA的掌握，算法可以使用伪码，但是数据结构大概还是需要用代码来实现一番。

这里的内容还有许多可以扩展的地方，不过一是篇幅的关系，二是重点还是围绕链表本身，所以感兴趣的同学大家可以一起研究研究，这里就不细写了。

好了，闲话少说，链表节点结束，下一篇开始进入链表的实现。