C语言动态内存分配实现链表操作
"C语言的链表基本操作包括动态内存分配,它解决了数组定义大小的不确定性问题,允许在程序运行时根据需要分配和释放内存。动态内存分配的主要函数是malloc和free,malloc用于分配内存,free用于释放内存。在链表中,节点通常通过动态内存分配创建,每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。" 链表是一种数据结构,它由一系列节点组成,每个节点包含数据元素和一个指向下一个节点的指针。与数组不同,链表的长度可以在运行时动态改变,因为节点可以在需要时添加或删除。这使得链表非常适合处理不确定数量的数据。 在C语言中,动态内存分配是通过标准库函数malloc()和free()实现的。malloc()函数接受一个参数,即要分配的字节数,返回一个指向分配内存的指针。如果分配失败(如内存不足),它将返回NULL。例如,要分配10个整数的空间,可以使用以下代码: ```c int *array; array = (int *) malloc(10 * sizeof(int)); ``` 这段代码首先声明了一个指向整数的指针`array`,然后尝试使用malloc()分配10个整数的空间。如果分配成功,`array`将指向新分配的内存块的起始位置。 当不再需要分配的内存时,应使用free()函数将其释放,以防止内存泄漏。例如: ```c free(array); ``` 在链表操作中,每个节点通常是一个结构体,包含数据和指向下一个节点的指针。创建新节点时,需要为结构体分配内存,然后初始化数据和指针。例如,创建一个包含整数数据的单链表节点: ```c typedef struct Node { int data; struct Node *next; } Node; Node *createNode(int value) { Node *newNode = (Node *) malloc(sizeof(Node)); if (newNode == NULL) { printf("Memory allocation failed for new node.\n"); exit(1); } newNode->data = value; newNode->next = NULL; return newNode; } ``` 在这个例子中,`createNode`函数接收一个整数值,分配一个新的Node结构,并设置数据和指针。如果malloc()返回NULL,表示内存分配失败,程序会终止。 链表的操作包括插入节点(在特定位置或链表末尾)、删除节点(按值或位置)、查找节点以及打印链表等。这些操作都需要对链表的结构有深入理解,并熟练使用动态内存分配。 总结来说,C语言的链表操作主要依赖于动态内存分配,通过malloc()创建节点并分配内存,通过free()释放不再需要的内存。理解和掌握这些基本操作是编写高效、灵活的链表程序的关键。
一、为什么用动态内存分配
但我们未学习链表的时候,如果要存储数量比较多的同类型或同结构的数据的时候,总是使用一个数组。比如说我们要存储一个班级学生的某科分数,总是定义一个float型(存在0.5分)数组:
float score[30];
但是,在使用数组的时候,总有一个问题困扰着我们:数组应该有多大?
在很多的情况下,你并不能确定要使用多大的数组,比如上例,你可能并不知道该班级的学生的人数,那么你就要把数组定义得足够大。这样,你的程序在运行时就申请了固定大小的你认为足够大的内存空间。即使你知道该班级的学生数,但是如果因为某种特殊原因人数有增加或者减少,你又必须重新去修改程序,扩大数组的存储范围。这种分配固定大小的内存分配方法称之为静态内存分配。但是这种内存分配的方法存在比较严重的缺陷,特别是处理某些问题时:在大多数情况下会浪费大量的内存空间,在少数情况下,当你定义的数组不够大时,可能引起下标越界错误,甚至导致严重后果。
那么有没有其它的方法来解决这样的外呢体呢?有,那就是动态内存分配。
所谓动态内存分配就是指在程序执行的过程中动态地分配或者回收存储空间的分配内存的方法。动态内存分配不象数组等静态内存分配方法那样需要预先分配存储空间,而是由系统根据程序的需要即时分配,且分配的大小就是程序要求的大小。从以上动、静态内存分配比较可以知道动态内存分配相对于景泰内存分配的特点:
1、不需要预先分配存储空间;
2、分配的空间可以根据程序的需要扩大或缩小。
二、如何实现动态内存分配及其管理
要实现根据程序的需要动态分配存储空间,就必须用到以下几个函数
1、malloc函数
malloc函数的原型为:
void *malloc (unsigned int size)
其作用是在内存的动态存储区中分配一个长度为size的连续空间。其参数是一个无符号整形数,返回值是一个指向所分配的连续存储域的起始地址的指针。还有一点必须注意的是,当函数未能成功分配存储空间(如内存不足)就会返回一个NULL指针。所以在调用该函数时应该检测返回值是否为NULL并执行相应的操作。
下例是一个动态分配的程序:
#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
main()
{
int count,*array; /*count是一个计数器,array是一个整型指针,也可以理解为指向一个整型数组的首地址*/
if((array(int *) malloc(10*sizeof(int)))==NULL)
{
printf("不能成功分配存储空间。");
exit(1);
}
for (count=0;count〈10;count++) /*给数组赋值*/
array[count]=count;
for(count=0;count〈10;count++) /*打印数组元素*/
}
上例中动态分配了10个整型存储区域,然后进行赋值并打印。例中if((array(int *) malloc(10*sizeof(int)))==NULL)语句可以分为以下几步:
1)分配10个整型的连续存储空间,并返回一个指向其起始地址的整型指针
2)把此整型指针地址赋给array
3)检测返回值是否为NULL
2、free函数
由于内存区域总是有限的,不能不限制地分配下去,而且一个程序要尽量节省资源,所以当所分配的内存区域不用时,就要释放它,以便其它的变量或者程序使用。这时我们就要用到free函数。
其函数原型是:
void free(void *p)
作用是释放指针p所指向的内存区。
其参数p必须是先前调用malloc函数或calloc函数(另一个动态分配存储区域的函数)时返回的指针。给free函数传递其它的值很可能造成死机或其它灾难性的后果。
注意:这里重要的是指针的值,而不是用来申请动态内存的指针本身。例:
int *p1,*p2;
p1=malloc(10*sizeof(int));
p2=p1;
……
free(p2) /*或者free(p2)*/
malloc返回值赋给p1,又把p1的值赋给p2,所以此时p1,p2都可作为free函数的参数。
malloc函数是对存储区域进行分配的。
free函数是释放已经不用的内存区域的。
所以由这两个函数就可以实现对内存区域进行动态分配并进行简单的管理了。
链表实现方法
一、单链表的建立
有了动态内存分配的基础,要实现链表就不难了。
所谓链表,就是用一组任意的存储单元存储线性表元素的一种数据结构。
链表又分为单链表、双向链表和循环链表等。我们先讲讲单链表。
所谓单链表,是指数据接点是单向排列的。一个单链表结点,其结构类型分为两部分:
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