【数据结构】二、线性表：5.静态链表的定义及其基本操作（定义、初始化、插入、查找、删除、遍历、长度、特点）

5.静态链表

静态链表是使用数组来模拟链表结构的一种数据结构，用数组的方式实现的链表。

它与传统链表的区别在于，静态链表使用数组保存节点，每个节点包括数据域和游标（指向下一个节点的位置）。

单链表与静态链表的区别：

单链表： 各个结点在内存中星罗棋布、散落天涯。

静态链表：分配一整片连续的内存空间， 各个结点集中安置。

静态链表的优点

• 不需要像动态链表那样频繁地进行内存分配和释放，可以节省内存管理的开销。
• 可以提前分配一定大小的静态存储空间，避免了动态分配内存的不确定性和运行时开销。
• 实现简单，不需要使用指针，减少了指针操作的复杂性和内存占用。

静态链表的不足

• 大小固定不可变，不支持动态扩展和缩小。
• 需要提前分配一定大小的存储空间，可能造成空间的浪费或不足。
• 插入和删除操作需要重建链表的链接关系，有一定的时间开销。
• 不能随机存取，只能从头结点依次向后遍历查找。

适用场景

• 不支持指针的低级语言
• 数据元素数量固定不变的场景（如操作系统的文件分配表FAT）
  （FAT王道OS视频p51）

在静态链表中如果要表示，这个结点是最后一个结点，游标的值可以设为 -1, 表示之后已经没有其他结点了。

5.1定义

#define MaxSize 10   	//静态链表的最大长度
//静态链表结构类型的定义,并且使用typedef进行重命名为SLinkList[MaxSize]
typedef struct Node{
	ElemType data;    	//存储数据元素
	int next; 			//下一个元素的数组下标
}SLinkList[MaxSize];


struct Node a[MaxSizze];//数组a作为静态链表
//等同于
SLinkList a;
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链表定义形式，这样可以使用StackLink来创建静态链表的节点，使用PtrStackLink来创建指向静态链表节点的指针。

typedef struct Stack{
    Elemtype data;  //数据域
    int cur;   		//游标
}StackLink,*PtrStackLink;  



//例如，可以使用以下方式创建一个静态链表节点：
StackLink node;
node.data = 10;
node.cur = 1;

PtrStackLink p;
p = &node;
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这段代码创建了一个指向静态链表节点的指针 p，然后将其指向 node。
可以通过 p 来访问和操作这个静态链表节点的成员变量。

例如，可以使用以下方式访问静态链表节点的 data 成员变量：

p->data = 10;
p->cur = 1;
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这样就可以通过指针 p 操作静态链表节点的数据和指针。

需要注意的是，如果对指针 p 进行重新赋值，则指向的节点也会相应改变。

5.2初始化

const int MAX_SIZE = 100;	//静态链表的最大容量

// 初始化静态链表
void initList(struct Node space){
    for(int i=0; i<MAX_SIZE-1; i++) {
        space[i].next = i+1; 	//每个节点的 next 指向下一个节点
    }
    space[MAX_SIZE-1].next = 0;	//最后一个节点的 next 设置为0表示链表结束
}
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5.3插入

静态链表的节点插入的步骤：

1. 查找插入位置：

遍历静态链表，找到要插入位置的前一个节点。可以使用一个游标来遍历链表，初始时指向链表的头节点。

2. 分配新节点：

在静态链表的空闲位置上分配一个新节点，为新节点赋值。

3. 插入节点：

将新节点的下一个节点指向前一个节点的下一个节点，然后将前一个节点的下一个节点指向新节点的位置。

// 在静态链表的头部插入节点
bool insertNode(int data) {
    int newNodeIndex = space[0].next;	//获取可用节点的索引(即可用数组空间的下标)
    if (newNodeIndex == 0) {  			//判断备用链表的第一个结点下标是否为0
        return false; 					//下标为0，链表已满，插入失败
    }
// 若备用链表第一个结点空闲，则征用该结点，同时更新备用链表的头结点指向，将此被征用的空闲结点的下一空闲结点填补上来。
    space[0].next = space[newNodeIndex].next; 

    space[newNodeIndex].data = data; 	//设置插入节点的数据
    space[newNodeIndex].next = space[1].next; //插入结点的 next 指向原先的头结点

    space[1].next = newNodeIndex; 		//头节点指向插入节点
    return true;
}
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5.4查找

在静态链表中查找数据可以通过遍历链表的方式来完成。由于静态链表没有指针来直接跳转到下一个节点，所以需要使用游标来遍历链表。

以下是一种在静态链表中查找数据的示例算法：

1. 遍历链表，从链表头部开始，通过头节点的索引获取第一个节点的索引。
2. 遍历链表中的每个节点，判断节点的数据是否与目标数据相等。
3. 如果相等，找到了目标数据，返回节点的索引。
4. 如果不相等，获取当前节点的下一个节点，更新当前节点的索引为下一个节点的索引。
5. 若遍历完整个链表（即当前节点的索引为-1），仍未找到目标数据，则返回-1表示未找到。

• 按值查找结点：

// 按值查找节点
int findNodeByValue(int value) {
    int curr = space[1].next;	//从头节点开始遍历
    while (curr != 0) {
        if (space[curr].data == value) {
            return curr; 		//找到节点，返回索引
        }
        curr = space[curr].next;
    }
    return 0; 					//没找到节点，返回 0
}
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这是一个简单的线性查找算法，时间复杂度为O(n)，其中n是链表中节点的数量。

• 按索引查找结点：

// 按索引查找节点的值
int getNodeValueByIndex(int index) {
    if (index < 0 || index >= MAX_SIZE) {
        return -1; 	//索引非法，返回 -1 
    }
    return space[index].data;
}
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5.5删除

静态链表的节点删除步骤：

1. 找到要删除结点的前一个结点的位置。
2. 将被删除结点的下一个结点的下标保存下来。
3. 修改被删除结点的前一个结点的指针域，使其指向被删除结点的下一个结点。
4. 将被删除结点的下标加入备用链表。

删除指定数据的节点：

// 删除指定数据的节点
bool deleteNode(int data) {
    int prev = 1; 				//记录当前节点的前一个节点
    int curr = space[1].next;	//从头节点开始查找

    while (curr != 0) {
        if (space[curr].data == data) {
            break; 				//找到要删除的节点，跳出循环
        }
        prev = curr; 			//未找到，则继续向下遍历
        curr = space[curr].next;
    }

    if (curr == 0) {
        return false; 			//没有找到要删除的节点，删除失败
    }

    space[prev].next = space[curr].next;//前一个节点的 next 指向要删除节点的 next
    space[curr].next = space[0].next; 	//被删除的节点的 next 指向当前可用节点
    space[0].next = curr; 				//更新可用节点的索引

    return true;
}
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5.6遍历

// 打印静态链表
void printList() {
    int curr = space[1].next; // 从头节点开始遍历
    while (curr != 0) {
        std::cout << space[curr].data << " ";
        curr = space[curr].next;
    }
    std::cout << std::endl;
}
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5.7长度

// 获取静态链表长度
int getListLength() {
    int count = 0;
    int curr = space[1].next; // 从头节点开始遍历
    while (curr != 0) {
        count++;
        curr = space[curr].next;
    }
    return count;
}
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5.8特点

静态链表的优点：

• 相比于动态链表，静态链表的存储空间是预先分配好的，不需要频繁地进行内存申请和释放，因此在一些内存有限或者对内存分配效率有要求的场景下，静态链表可能更为适用。

• 静态链表在存储空间上是连续的，可以提高数据访问的效率，尤其是在对元素进行遍历、查找和索引访问等操作时，相对于动态链表具有一定的性能优势。

静态链表的缺点：

• 静态链表的长度是固定的，无法随意扩展或缩小，一旦达到最大长度，就无法再插入新节点。
• 静态链表在插入和删除节点时，需要进行额外的操作来维护节点间的连接关系，可能会增加一定的编程复杂性。
• 静态链表的每个节点需预先分配固定大小的存储空间，可能会造成空间的浪费，特别是在某些节点存储的数据量较小的情况下。