线性表的链式存储——静态单链表的实现

1，单链表的一个缺陷：

       1，触发条件：

              1，长时间使用单链表对象频繁增加和删除数据元素；

       2，可能的结果：

              1，堆空间产生大量的内存碎片，导致系统运行缓慢；

                     1，增加一个节点，就会在堆空间创建一个结点，但是频繁创建删除就会有大量碎片；

                    

2，解决方案，设计新的线性表：

       1，设计思路：

              1，在“单链表”的内部增加一片预留的空间，所有的 Node 对象都在这片空间中动态创建和动态销毁；

              2，顺序表 + 单链表 = 静态单链表；

              3，除了内存分配的不同外，静态单链表和单链表在其他操作上完全一样，只用改写 creat()和destory()；

                

3，静态单链表继承层次结构：

 

      

4，静态单链表的实现思路（核心）：

       1，通过模板定义静态单链表（StaticLinkList）；

       2，在类中定义固定大小的空间（unsigned char[]）；

              1，创建 Node 结点；

       3，重写 creat() 和 destroy() 函数，改写内存分配和归还方式；

       4，在 Node 类中重载 operator new，用于在指定内存上创建对象；

 

5，StaticLinkList 静态单链表的实现  ：

#ifndef STATICLINKLIST_H
#define STATICLINKLIST_H

#include "LinkList.h"

using namespace std;

namespace DTLib
{

template <typename T, int N>
class StaticLinkList : public LinkList<T>
{
protected:
　　 typedef typename LinkList<T>::Node Node;  // 这里的 typename 是因为编译器不知道这里的 Node 是类型还是静态成员变量，所以编译器建议加上 typename，然后又用 typedef 来简化一个类型；

    struct SNode : public Node  // 定义新的类型来重载 new 操作符；
    {
        void* operator new(unsigned int size, void* loc)    
        {
            (void)size;  // 这里是因为编译时候，没有使用 size 参数，然后加入的 C 语言中的暴力的编译方式；

            return loc;
        };
　　 };

    unsigned char m_space[sizeof(SNode) * N];  // 在这片内存里面来分配静态链表的内存；
　　 int m_used[N];  // 标记数组，通过相应位置上为 1 可用，为 0 不可用；

    Node* creat()  // 申请空间，调用构造函数
    {
        SNode* ret = NULL;

        for(int i=0; i<N; i++)  // 遍历指定内存每个空间；
        {
            if( !m_used[i] )  // 如果可以使用，就用；
            {
                ret = reinterpret_cast<SNode*>(m_space) + i;  // 这里只是单纯的分配内存，并没有涉及到 Node 的构造函数调用,内存的分配和初始化是两个不同的步骤，这里需要重新解释内存空间才可以进行指针运算；
                ret = new(ret)SNode();   // 内存分配好后，还要在指定的内存上面调用构造函数，调用重载的 new 函数；这里重写后将 new 申请的地址放在了 ret 上面，而不是默认的堆空间上，然后继续像普通的 new 一样调用构造函数来初始化内存；
                m_used[i] = 1;  // 标记被分配；
                break;   //这里要跳出 for 循环，因为不是依靠 i 来结束的
            }
        }

        return ret;  // 这里的返回值运用了赋值兼容性；
　　 }

    void destory(Node *pn)  // 归还空间，调用析构函数
    {
        SNode* space = reinterpret_cast<SNode*>(m_space);   // 指针运算，所以要转换指针类型
        SNode* psn = dynamic_cast<SNode*>(pn);

        for(int i=0; i<N; i++)
        {
            if( pn == (space + i) )
            {
                m_used[i] = 0; // 标记当前内存单元可用，也就是将其归还给固定空间；
                psn->~SNode();  // 调用析构函数，释放对象；
                break;  // 释放对象后就直接跳出循环，提高效率；
            }
        }
　　 }

public:
    StaticLinkList()
    {
        for(int i=0; i<N; i++)  // 标记每一个内存单元都是可用的
        {
            m_used[i] = 0;
        }
　　 }

    int capacity()
    {
        return N;
　　 }

    ~StaticLinkList()   // 根据资源申请原则，不许用定义这个函数，但前提是这个类是独立的类，但这里是继承的类，所以还要调用父类的析构函数但是父类中析构函数调//用 clear() 不会发生多态（虽然父类和子类中就只有一个这样的函数），然后再调用 destroy()也不会发生多态，只调用父类中的 destroy()，这就造成了 delete 非堆空间上的不稳定性，程序容易发生错误；
    {
        this->clear();   // 这里不会发生多态，调用的是自己的 destroy()，因为这里是在析构函数中；
    }
};

}

#endif // STATICLINKLIST_H

 

6，LinkList 中封装 create 和 destroy 函数的意义是什么？

       1，为静态单链表（StaticLinkList）的实现做准备。StaticLinkList 与 LinkList 的不同仅在于链表结点内存分配上的不同；因此，将仅有的不同封装于父类和子类的虚函数中。

       2，仅重写创建和销毁函数就可以了，其他的直接继承；

       3，create() 和 destroy() 调用要用到多态；

      

7，小结：

       1，顺序表与单链表相结合后衍生出静态单链表；

       2，静态单链表是 LinkList 的子类，拥有单链表的所有操作；

       3，静态单链表在预留的空间中创建结点对象；

       4，静态单链表适合于频繁增删数据元素的场合（最大元素个数固定，如果确定不了，还是要用单链表）；