C語言面向對象編程(五):單鏈表實現

前面咱們介紹瞭如何在 C 語言中引入面嚮對象語言的一些特性來進行面向對象編程,從本篇開始,咱們使用前面提到的技巧,陸續實現幾個例子,最後呢,會提供一個基本的 http server 實現(使用 libevent )。在這篇文章裏,咱們實現一個通用的數據結構:單鏈表。node

    這裏實現的單鏈表,能夠存儲任意數據類型,支持增、刪、改、查找、插入等基本操做。(本文提供的是完整代碼,可能有些長。)編程

    下面是頭文件:數據結構

[cpp] view plain copy函數

  1. #ifndef SLIST_H  測試

  2. #define SLIST_H  spa

  3.   

  4. #ifdef __cplusplus  .net

  5. extern "C" {  orm

  6. #endif  server

  7.   

  8. #define NODE_T(ptr, type) ((type*)ptr)  對象

  9.   

  10. struct slist_node {  

  11.     struct slist_node * next;  

  12. };  

  13.   

  14. typedef void (*list_op_free_node)(struct slist_node *node);  

  15. /* 

  16.  * return 0 on hit key, else return none zero 

  17.  */  

  18. typedef int (*list_op_key_hit_test)(struct slist_node *node, void *key);  

  19.   

  20. struct single_list {  

  21.     /* all the members must not be changed manually by callee */  

  22.     struct slist_node * head;  

  23.     struct slist_node * tail;  

  24.     int size; /* length of the list, do not change it manually*/  

  25.   

  26.     /* free method to delete the node 

  27.      */  

  28.     void (*free_node)(struct slist_node *node);  

  29.     /* 

  30.      * should be set by callee, used to locate node by key(*_by_key() method) 

  31.      * return 0 on hit key, else return none zero 

  32.      */  

  33.     int (*key_hit_test)(struct slist_node *node, void *key);  

  34.   

  35.     struct single_list *(*add)(struct single_list * list, struct slist_node * node);  

  36.     struct single_list *(*insert)(struct single_list * list, int pos, struct slist_node *node);  

  37.     /* NOTE: the original node at the pos will be freed by free_node */  

  38.     struct single_list *(*replace)(struct single_list *list, int pos, struct slist_node *node);  

  39.     struct slist_node *(*find_by_key)(struct single_list *, void * key);  

  40.     struct slist_node *(*first)(struct single_list* list);  

  41.     struct slist_node *(*last)(struct single_list* list);  

  42.     struct slist_node *(*at)(struct single_list * list, int pos);  

  43.     struct slist_node *(*take_at)(struct single_list * list, int pos);  

  44.     struct slist_node *(*take_by_key)(struct single_list * list, void *key);  

  45.     struct single_list *(*remove)(struct single_list * list, struct slist_node * node);  

  46.     struct single_list *(*remove_at)(struct single_list *list, int pos);  

  47.     struct single_list *(*remove_by_key)(struct single_list *list, void *key);  

  48.     int (*length)(struct single_list * list);  

  49.     void (*clear)(struct single_list * list);  

  50.     void (*deletor)(struct single_list *list);  

  51. };  

  52.   

  53. struct single_list * new_single_list(list_op_free_node op_free, list_op_key_hit_test op_cmp);  

  54.   

  55. #ifdef __cplusplus  

  56. }  

  57. #endif  

  58.   

  59. #endif // SLIST_H  


    struct single_list 這個類,遵循咱們前面介紹的基本原則,再也不一一細說。有幾點須要提一下:

  • 咱們定義了 slist_node 做爲鏈表節點的基類,用戶自定義的節點,都必須從 slist_node 繼承

  • 爲了支持節點( node )的釋放,咱們引入一個回調函數 list_op_free_node ,這個回調須要在建立鏈表時傳入

  • 爲了支持查找,引入另一個回調函數 list_op_key_hit_test 

    好了,下面看實現文件:

[cpp] view plain copy

  1. #include "slist.h"  

  2. #include <malloc.h>  

  3.   

  4. static struct single_list * _add_node(struct single_list *list, struct slist_node *node)  

  5. {  

  6.   

  7.     if(list->tail)  

  8.     {  

  9.         list->tail->next = node;  

  10.         node->next = 0;  

  11.         list->tail = node;  

  12.         list->size++;  

  13.     }  

  14.     else  

  15.     {  

  16.         list->head = node;  

  17.         list->tail = node;  

  18.         node->next = 0;  

  19.         list->size = 1;  

  20.     }  

  21.   

  22.     return list;  

  23. }  

  24.   

  25. static struct single_list * _insert_node(struct single_list * list, int pos, struct slist_node *node)  

  26. {  

  27.     if(pos < list->size)  

  28.     {  

  29.         int i = 0;  

  30.         struct slist_node * p = list->head;  

  31.         struct slist_node * prev = list->head;  

  32.         for(; i < pos; i++)  

  33.         {  

  34.             prev = p;  

  35.             p = p->next;  

  36.         }  

  37.         if(p == list->head)  

  38.         {  

  39.             /* insert at head */  

  40.             node->next = list->head;  

  41.             list->head = node;  

  42.         }  

  43.         else  

  44.         {  

  45.             prev->next = node;  

  46.             node->next = p;  

  47.         }  

  48.   

  49.         if(node->next == 0) list->tail = node;  

  50.         list->size++;  

  51.     }  

  52.     else  

  53.     {  

  54.         list->add(list, node);  

  55.     }  

  56.   

  57.     return list;  

  58. }  

  59.   

  60. static struct single_list * _replace(struct single_list * list, int pos, struct slist_node *node)  

  61. {  

  62.     if(pos < list->size)  

  63.     {  

  64.         int i = 0;  

  65.         struct slist_node * p = list->head;  

  66.         struct slist_node * prev = list->head;  

  67.         for(; i < pos; i++)  

  68.         {  

  69.             prev = p;  

  70.             p = p->next;  

  71.         }  

  72.         if(p == list->head)  

  73.         {  

  74.             /* replace at head */  

  75.             node->next = list->head->next;  

  76.             list->head = node;  

  77.         }  

  78.         else  

  79.         {  

  80.             prev->next = node;  

  81.             node->next = p->next;  

  82.         }  

  83.   

  84.         if(node->next == 0) list->tail = node;  

  85.   

  86.         if(list->free_node) list->free_node(p);  

  87.         else free(p);  

  88.     }  

  89.   

  90.     return list;  

  91. }  

  92.   

  93. static struct slist_node * _find_by_key(struct single_list *list, void * key)  

  94. {  

  95.     if(list->key_hit_test)  

  96.     {  

  97.         struct slist_node * p = list->head;  

  98.         while(p)  

  99.         {  

  100.             if(list->key_hit_test(p, key) == 0) return p;  

  101.             p = p->next;  

  102.         }  

  103.     }  

  104.     return 0;  

  105. }  

  106.   

  107. static struct slist_node *_first_of(struct single_list* list)  

  108. {  

  109.     return list->head;  

  110. }  

  111.   

  112. static struct slist_node *_last_of(struct single_list* list)  

  113. {  

  114.     return list->tail;  

  115. }  

  116.   

  117. static struct slist_node *_node_at(struct single_list * list, int pos)  

  118. {  

  119.     if(pos < list->size)  

  120.     {  

  121.         int i = 0;  

  122.         struct slist_node * p = list->head;  

  123.         for(; i < pos; i++)  

  124.         {  

  125.             p = p->next;  

  126.         }  

  127.         return p;  

  128.     }  

  129.   

  130.     return 0;  

  131. }  

  132.   

  133. static struct slist_node * _take_at(struct single_list * list, int pos)  

  134. {  

  135.     if(pos < list->size)  

  136.     {  

  137.         int i = 0;  

  138.         struct slist_node * p = list->head;  

  139.         struct slist_node * prev = p;  

  140.         for(; i < pos ; i++)  

  141.         {  

  142.             prev = p;  

  143.             p = p->next;  

  144.         }  

  145.         if(p == list->head)  

  146.         {  

  147.             list->head = p->next;  

  148.             if(list->head == 0) list->tail = 0;  

  149.         }  

  150.         else if(p == list->tail)  

  151.         {  

  152.             list->tail = prev;  

  153.             prev->next = 0;  

  154.         }  

  155.         else  

  156.         {  

  157.             prev->next = p->next;  

  158.         }  

  159.   

  160.         list->size--;  

  161.   

  162.         p->next = 0;  

  163.         return p;  

  164.     }  

  165.   

  166.     return 0;  

  167. }  

  168.   

  169. static struct slist_node * _take_by_key(struct single_list * list, void *key)  

  170. {  

  171.     if(list->key_hit_test)  

  172.     {  

  173.         struct slist_node * p = list->head;  

  174.         struct slist_node * prev = p;  

  175.         while(p)  

  176.         {  

  177.             if(list->key_hit_test(p, key) == 0) break;  

  178.             prev = p;  

  179.             p = p->next;  

  180.         }  

  181.   

  182.         if(p)  

  183.         {  

  184.             if(p == list->head)  

  185.             {  

  186.                 list->head = p->next;  

  187.                 if(list->head == 0) list->tail = 0;  

  188.             }  

  189.             else if(p == list->tail)  

  190.             {  

  191.                 list->tail = prev;  

  192.                 prev->next = 0;  

  193.             }  

  194.             else  

  195.             {  

  196.                 prev->next = p->next;  

  197.             }  

  198.   

  199.             list->size--;  

  200.   

  201.             p->next = 0;  

  202.             return p;  

  203.         }  

  204.     }  

  205.     return 0;  

  206. }  

  207.   

  208. static struct single_list *_remove_node(struct single_list * list, struct slist_node * node)  

  209. {  

  210.     struct slist_node * p = list->head;  

  211.     struct slist_node * prev = p;  

  212.     while(p)  

  213.     {  

  214.         if(p == node) break;  

  215.         prev = p;  

  216.         p = p->next;  

  217.     }  

  218.   

  219.     if(p)  

  220.     {  

  221.         if(p == list->head)  

  222.         {  

  223.             list->head = list->head->next;  

  224.             if(list->head == 0) list->tail = 0;  

  225.         }  

  226.         else if(p == list->tail)  

  227.         {  

  228.             prev->next = 0;  

  229.             list->tail = prev;  

  230.         }  

  231.         else  

  232.         {  

  233.             prev->next = p->next;  

  234.         }  

  235.   

  236.         if(list->free_node) list->free_node(p);  

  237.         else free(p);  

  238.   

  239.         list->size--;  

  240.     }  

  241.     return list;  

  242. }  

  243.   

  244. static struct single_list *_remove_at(struct single_list *list, int pos)  

  245. {  

  246.     if(pos < list->size)  

  247.     {  

  248.         int i = 0;  

  249.         struct slist_node * p = list->head;  

  250.         struct slist_node * prev = p;  

  251.         for(; i < pos ; i++)  

  252.         {  

  253.             prev = p;  

  254.             p = p->next;  

  255.         }  

  256.         if(p == list->head)  

  257.         {  

  258.             list->head = p->next;  

  259.             if(list->head == 0) list->tail = 0;  

  260.         }  

  261.         else if(p == list->tail)  

  262.         {  

  263.             list->tail = prev;  

  264.             prev->next = 0;  

  265.         }  

  266.         else  

  267.         {  

  268.             prev->next = p->next;  

  269.         }  

  270.   

  271.         if(list->free_node) list->free_node(p);  

  272.         else free(p);  

  273.   

  274.         list->size--;  

  275.     }  

  276.   

  277.     return list;  

  278. }  

  279.   

  280. static struct single_list *_remove_by_key(struct single_list *list, void *key)  

  281. {  

  282.     if(list->key_hit_test)  

  283.     {  

  284.         struct slist_node * p = list->head;  

  285.         struct slist_node * prev = p;  

  286.         while(p)  

  287.         {  

  288.             if(list->key_hit_test(p, key) == 0) break;  

  289.             prev = p;  

  290.             p = p->next;  

  291.         }  

  292.   

  293.         if(p)  

  294.         {  

  295.             if(p == list->head)  

  296.             {  

  297.                 list->head = list->head->next;  

  298.                 if(list->head == 0) list->tail = 0;  

  299.             }  

  300.             else if(p == list->tail)  

  301.             {  

  302.                 prev->next = 0;  

  303.                 list->tail = prev;  

  304.             }  

  305.             else  

  306.             {  

  307.                 prev->next = p->next;  

  308.             }  

  309.   

  310.             if(list->free_node) list->free_node(p);  

  311.             else free(p);  

  312.   

  313.             list->size--;  

  314.         }  

  315.     }  

  316.   

  317.     return list;  

  318. }  

  319.   

  320. static int _length_of(struct single_list * list)  

  321. {  

  322.     return list->size;  

  323. }  

  324.   

  325. static void _clear_list(struct single_list * list)  

  326. {  

  327.     struct slist_node * p = list->head;  

  328.     struct slist_node * p2;  

  329.     while(p)  

  330.     {  

  331.         p2 = p;  

  332.         p = p->next;  

  333.   

  334.         if(list->free_node) list->free_node(p2);  

  335.         else free(p2);  

  336.     }  

  337.   

  338.     list->head = 0;  

  339.     list->tail = 0;  

  340.     list->size = 0;  

  341. }  

  342.   

  343. static void _delete_single_list(struct single_list *list)  

  344. {  

  345.     list->clear(list);  

  346.     free(list);  

  347. }  

  348.   

  349. struct single_list * new_single_list(list_op_free_node op_free, list_op_key_hit_test op_cmp)  

  350. {  

  351.     struct single_list *list = (struct single_list *)malloc(sizeof(struct single_list));  

  352.     list->head = 0;  

  353.     list->tail = 0;  

  354.     list->size = 0;  

  355.     list->free_node = op_free;  

  356.     list->key_hit_test = op_cmp;  

  357.   

  358.     list->add = _add_node;  

  359.     list->insert = _insert_node;  

  360.     list->replace = _replace;  

  361.     list->find_by_key = _find_by_key;  

  362.     list->first = _first_of;  

  363.     list->last = _last_of;  

  364.     list->at = _node_at;  

  365.     list->take_at = _take_at;  

  366.     list->take_by_key = _take_by_key;  

  367.     list->remove = _remove_node;  

  368.     list->remove_at = _remove_at;  

  369.     list->remove_by_key = _remove_by_key;  

  370.     list->length = _length_of;  

  371.     list->clear = _clear_list;  

  372.     list->deletor = _delete_single_list;  

  373.   

  374.     return list;  

  375. }  


    上面的代碼就不一一細說了,下面是測試代碼:

[cpp] view plain copy

  1. /* call 1 or N arguments function of struct */  

  2. #define ST_CALL(THIS,func,args...) ((THIS)->func(THIS,args))  

  3.   

  4. /* call none-arguments function of struct */  

  5. #define ST_CALL_0(THIS,func) ((THIS)->func(THIS))  

  6.   

  7. struct int_node {  

  8.     struct slist_node node;  

  9.     int id;  

  10. };  

  11.   

  12. struct string_node {  

  13.     struct slist_node node;  

  14.     char name[16];  

  15. };  

  16.   

  17.   

  18. static int int_free_flag = 0;  

  19. static void _int_child_free(struct slist_node *node)  

  20. {  

  21.     free(node);  

  22.     if(!int_free_flag)  

  23.     {  

  24.         int_free_flag = 1;  

  25.         printf("int node free\n");  

  26.     }  

  27. }  

  28.   

  29. static int _int_slist_hittest(struct slist_node * node, void *key)  

  30. {  

  31.     struct int_node * inode = NODE_T(node, struct int_node);  

  32.     int ikey = (int)key;  

  33.     return (inode->id == ikey ? 0 : 1);  

  34. }  

  35.   

  36. static int string_free_flag = 0;  

  37. static void _string_child_free(struct slist_node *node)  

  38. {  

  39.     free(node);  

  40.     if(!string_free_flag)  

  41.     {  

  42.         string_free_flag = 1;  

  43.         printf("string node free\n");  

  44.     }  

  45. }  

  46.   

  47. static int _string_slist_hittest(struct slist_node * node, void *key)  

  48. {  

  49.     struct string_node * sn = (struct string_node*)node;  

  50.     return strcmp(sn->name, (char*)key);  

  51. }  

  52.   

  53. void int_slist_test()  

  54. {  

  55.     struct single_list * list = new_single_list(_int_child_free, _int_slist_hittest);  

  56.     struct int_node * node = 0;  

  57.     struct slist_node * bn = 0;  

  58.     int i = 0;  

  59.   

  60.     printf("create list && nodes:\n");  

  61.     for(; i < 100; i++)  

  62.     {  

  63.         node = (struct int_node*)malloc(sizeof(struct int_node));  

  64.         node->id = i;  

  65.         if(i%10)  

  66.         {  

  67.             list->add(list, node);  

  68.         }  

  69.         else  

  70.         {  

  71.             list->insert(list, 1, node);  

  72.         }  

  73.     }  

  74.     printf("create 100 nodes end\n----\n");  

  75.     printf("first is : %d, last is: %d\n----\n",  

  76.            NODE_T( ST_CALL_0(list, first), struct int_node )->id,  

  77.            NODE_T( ST_CALL_0(list, last ), struct int_node )->id);  

  78.   

  79.     assert(list->size == 100);  

  80.   

  81.     printf("list traverse:\n");  

  82.     for(i = 0; i < 100; i++)  

  83.     {  

  84.         if(i%10 == 0) printf("\n");  

  85.         bn = list->at(list, i);  

  86.         node = NODE_T(bn, struct int_node);  

  87.         printf(" %d", node->id);  

  88.     }  

  89.     printf("\n-----\n");  

  90.   

  91.     printf("find by key test, key=42:\n");  

  92.     bn = list->find_by_key(list, (void*)42);  

  93.     assert(bn != 0);  

  94.     node = NODE_T(bn, struct int_node);  

  95.     printf("find node(key=42), %d\n------\n", node->id);  

  96.   

  97.     printf("remove node test, remove the 10th node:\n");  

  98.     bn = list->at(list, 10);  

  99.     node = NODE_T(bn, struct int_node);  

  100.     printf("  node 10 is: %d\n", node->id);  

  101.     printf("  now remove node 10\n");  

  102.     list->remove_at(list, 10);  

  103.     printf(" node 10 was removed, check node 10 again:\n");  

  104.     bn = list->at(list, 10);  

  105.     node = NODE_T(bn, struct int_node);  

  106.     printf("  now node 10 is: %d\n------\n", node->id);  

  107.   

  108.     printf("replace test, replace node 12 with id 1200:\n");  

  109.     bn = list->at(list, 12);  

  110.     node = NODE_T(bn, struct int_node);  

  111.     printf("  now node 12 is : %d\n", node->id);  

  112.     node = (struct int_node*)malloc(sizeof(struct int_node));  

  113.     node->id = 1200;  

  114.     list->replace(list, 12, node);  

  115.     bn = list->at(list, 12);  

  116.     node = NODE_T(bn, struct int_node);  

  117.     printf("  replaced, now node 12 is : %d\n----\n", node->id);  

  118.   

  119.     printf("test remove:\n");  

  120.     ST_CALL(list, remove, bn);  

  121.     bn = ST_CALL(list, find_by_key, (void*)1200);  

  122.     assert(bn == 0);  

  123.     printf("test remove ok\n----\n");  

  124.     printf("test remove_by_key(90):\n");  

  125.     ST_CALL(list, remove_by_key, (void*)90);  

  126.     bn = ST_CALL(list, find_by_key, (void*)90);  

  127.     assert(bn == 0);  

  128.     printf("test remove_by_key(90) end\n----\n");  

  129.     printf("test take_at(80):\n");  

  130.     bn = ST_CALL(list, take_at, 80);  

  131.     printf("  node 80 is: %d\n", NODE_T(bn, struct int_node)->id);  

  132.     free(bn);  

  133.     printf("test take_at(80) end\n");  

  134.   

  135.     int_free_flag = 0;  

  136.     printf("delete list && nodes:\n");  

  137.     list->deletor(list);  

  138.     printf("delete list && nodes end\n");  

  139.     printf("\n test add/insert/remove/delete/find_by_key/replace...\n");  

  140. }  

  141.   

  142. void string_slist_test()  

  143. {  

  144.     struct single_list * list = new_single_list(_string_child_free, _string_slist_hittest);  

  145. }  

  146.   

  147. void slist_test()  

  148. {  

  149.     int_slist_test();  

  150.     string_slist_test();  

  151. }  


    測試代碼裏主要演示了:

  • 自定義鏈表節點類型

  • 定義釋放回調

  • 定義用於查找的 hit test 回調

  • 如何建立鏈表

  • 如何使用( add 、remove 、 take 、find 、 insert 等)

    相信到這裏,單鏈表的使用已經不成問題了。

    以單鏈表爲基礎,能夠進一步實現不少數據結構,好比樹(兄弟孩子表示法),好比 key-value 鏈表等等。接下來根據例子的須要,會擇機進行展現。

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