delphi.数据结构.链表

链表作为一种基础的数据结构，用途甚广，估计大家都用过。
链表有几种，常用的是：单链表及双链表，还有N链表，本文着重单/双链表，至于N链表。。。不经常用，没法说出一二三来。

在D里面，可能会用Contnrs.pas.TStack/TQueue相关类，进行操作，不过里面的实现，并非使用的是链表实现，只是用TList，然后。。。实现的。

呵，TList怎么实现那些不是重点，本文着重是说一下自己使用链表的一些心得。 

 

一：单链表： 

　　单链表的用途，主要一个场景：队列（stack/queue），两者区别在于：queue: 先进先出（fifo）, stack：后进先出（lifo）

　　在单链表操作中，我的建议是：只做：进队(push), 出队(pop) 操作，不做delete操作，原因就一个：

　　　　删除需要循环，如果需要删除操作，请使用双链表的实现。

　　我不建议使用删除操作，所以，就不贴出delete代码了。

　　（个人理解：在不同场景，选择更合适的数据结构来处理，我是理解是不用这操作，所以就不说明。）

      下面给出一个基础的，简单的单链表操作：　　

 type
  PSingleEntry = ^TSingleEntry;
  TSingleEntry = record
    next: PSingleEntry;
    data: Pointer;
  end;

  //
  // 定义单链表队列:
  // 　　1: head: 第一个结点; 
  //　　 2: tail: 最后一个结点(为fifo准备)
  PSingleLink = ^TSingleLink;
  TSingleLink = record
    head, tail: PSingleEntry;
  end;

// 初始化
procedure slink_init(var link: TSingleLink);
begin
  link.head := nil;
  link.tail := nil;
end;

// 反初始化，或清空代码也类似，请自行写single_clear
procedure slink_uninit(var link: TSingleLink);
var
  entry, next_entry: PSingleEntry;
begin
  entry := link.head;
  while entry <> nil do
  begin
    next_entry := entry.next;
    FreeMem(entry);
    entry := next_entry;
  end;
  link.head := nil;
  link.tail := nil;
end;

// 出队操作: result = false，表示无数据，否则出队成功，且data值正确
function slink_pop(link: PSingleLink; var data: Pointer): Boolean;
var
  entry: PSingleEntry;
begin
  result := link.head <> nil;
  if result then
  begin
    entry := link.head;
    data := entry.data;
    link.head := entry.next;
    FreeMem(entry);
  end;
end;

// fifo入队：
procedure slink_push_fifo(link: PSingleLink; data: Pointer);
var
  entry: PSingleEntry;
begin
  GetMem(entry, sizeof(entry^));

  entry.next := nil;
  entry.data := data;
  if link.head <> nil then
    link.tail.next := entry
  else
    link.head := entry;
  link.tail := entry;
end;

// lifo入队：
procedure slink_push_lifo(link: PSingleLink; data: Pointer);
var
  entry: PSingleEntry;
begin
  GetMem(entry, sizeof(entry^));

  entry.data := data;
  entry.next := link.head;
  link.head := entry;
end;

　　上面，只是一个简单的示例。不过，上面的基本操作，基本不会有变动，欢迎各位提出更简化的版本。

　　一般说来，上面的示例已经足够使用了。

　　不过，有些场景，需要更多的减少GetMem/FreeMem的使用，所以，会将这种操作，集成在所需要的对象中，如上例中的data: Pointer，它可能是TObject，又或是某数据类型的指针。。。不可避免的是它需要GetMem+FreeMem，所以，有时单链表的处理，又会如下：　　

type
  PMyDataEntry = ^TMyDataEntry;
  PMyDataEntry = record
    next: PSingleEntry;

    field1: Integer;
    field2: string;
    timestamp: Cardinal;
    ...
  end;

　　使用PMyDataEntry， 即自己所需要的数据类型，也可以是TMyObject = class，形式不重要，重要的是上面的push&pop方法。

　　

　　估计写完PMyDataEntry，用了后，又会发现，如果我有N多这类需要，MyDataEntry1, MyDataEntry2....

　　如果这种写法，那不得写N次，就不能弄个通用型的法子？

　　回答是：可以的。

　　在指针应用篇中，曾提到过偏移的作法，在push&pop中，根据data: Pointer(不管是pop&push)，都进行指针偏移，然后得到PDataEntry类型指针，然后，再进行pop&push操作。

　　当时，这种法子在data.create时，必须得先申请sizeof(TDataEntry) + sizeof(data)长度，再偏移sizeof(TDataEntry)，释放时反操作。

　　是不是有点麻烦？是的，麻烦到死，不过写一次，全部通用，还是值的花时间的。

　　不过，单链表的这种方式不写了，因为下面的双链表方式，得用这法子写，所以省略。

 

　　单链表大概如此，其它附加操作，如线程保护，自行解决吧。建议是直接在push&pop内部代码处理，而不是在外面（减少锁定的代码行操作）。

　　

　　个人友情提示：单链表只用在队列，只有push&pop的操作的场景，而不是有delete或循环操作的场合。

 

二：双链表。

　　上面的单链表，没有删除delete操作，因为，是发现在实际使用过程中，如果带有循环操作，一般都会慢。

　　慢的原因当然是数量多，所以慢。也许，看者可能会说：我这边的场合，就不可能有大量数据的可能，写个循环多简单。不过我真心建议不使用，因为写通用型算法的时候，A场景不慢，也量少，不代表B场景，C场景，且测试期快，软件实际运行上线后，量的可能性不是刚开始开发时能考虑的。所以，在开发阶段，就尽量使用不会因为量大的情况下形成瓶颈的算法。这是一个习惯问题。要让我们的脑子，习惯于用更快，更优的的解决方法去解决问题的做法。

　　言归正传。还是队列，下面给出的是通用+集成型的双链表队列实现。 

type
  // 双链表每项定义，与单链表相比，多了prev指针
  // 请注意：必须要用packet record，否则计算偏移会有误。
  PDoubleEntry = ^TDoubleEntry;
  TDoubleEntry = packed record
    next, prev: PDoubleEntry;
    data: array [0..0] of Byte;
  end;

  //
  // 定义链表:
  //    head: 第一个结点
  //    tail: 最后一个结点(为fifo准备)
  //
  PDoubleLink = ^TDoubleLink;
  TDoubleLink = record
    head, tail: PDoubleEntry;
  end;  

const
  // 双链表结点的偏移字节数
  DLINK_OFFSET_SIZE = sizeof(TDoubleEntry) - 1;

// 初始化
procedure dlink_init(var link: TDoubleLink);
begin
  link.head := nil;
  link.tail := nil;
end;

// 反初始化，或清空代码也类似，请自行编写dlink_clear
procedure dlink_uninit(var link: TDoubleLink);
var
  entry, next_entry: PDoubleEntry;
begin
  entry := link.head;
  while entry <> nil do
  begin
    next_entry := entry.next;
    FreeMem(entry);
    entry := next_entry;
  end;
  link.head := nil;
  link.tail := nil;
end;

function dlink_entry_alloc(size: Integer): Pointer;
var
  entry: PDoubleEntry;
begin
  entry := AllocMem(DLINK_OFFSET_SIZE + size);
  result := @entry.data[0];
end;

procedure dlink_entry_free(data: Pointer);
begin
  FreeMem(PAnsiChar(data) - DLINK_OFFSET_SIZE);
end;

// 出队操作: result = false，表示无数据，否则出队成功，且data值正确
function dlink_pop(link: PDoubleLink; var data: Pointer): Boolean;
var
  entry: PDoubleEntry;
begin
  result := link.head <> nil;
  if result then
  begin
    entry := link.head;
    data := @entry.data[0];
    link.head := entry.next;
  end;
end;

// fifo入队
procedure dlink_push_fifo(link: PDoubleLink; data: Pointer);
var
  entry: PDoubleEntry;
begin
  entry := Pointer(PAnsiChar(data) - DLINK_OFFSET_SIZE);
  entry.next := nil;
  if link.head <> nil then
  begin
    link.tail.next := entry;
    entry.prev := link.tail;
  end else
  begin
    link.head := entry;
    entry.prev := nil;
  end;
  link.tail := entry;
end;

// lifo入队：
procedure dlink_push_lifo(link: PDoubleLink; data: Pointer);
var
  entry: PDoubleEntry;
begin
  entry := Pointer(PAnsiChar(data) - DLINK_OFFSET_SIZE);
  entry.next := link.head;
  entry.prev := nil;
  if link.head <> nil then
    link.head.prev := entry;
  link.head := entry;
end;


//
// 双链表.delete结点操作
//   标准几步操作，然后没了。
//
procedure dlink_delete(link: PDoubleLink; data: Pointer);
var
  entry: PDoubleEntry;
begin
  entry := Pointer(PAnsiChar(data) - DLINK_OFFSET_SIZE);
  if entry.prev <> nil then
  begin
    entry.prev.next := entry.next;
    if entry.next <> nil then
      entry.next.prev := entry.prev;
  end else
  begin
    link.head := entry.next;
    if entry.next <> nil then
      entry.next.prev := nil;
  end;
  FreeMem(entry);
end;


type
  // 这是调用: 自定义数据类型，以上双链表，可以自定义数据类型，如下：
  PMyTestRec = ^TMyTestRec;
  TMyTestRec = record
    v: Integer;
    s: string;
  end;

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
  i: Integer;
  data, temp: PMyTestRec;
  link: TDoubleLink;
  pop_count, push_count, error_count: Integer;
begin
  dlink_init(link);

  // 测试1
  pop_count := 0;
  push_count := 0;
  error_count := 0;

  // 入队1
  for i := 0 to 10 do
  begin
    data := dlink_entry_alloc(sizeof(TMyTestRec));
    data.v := i;
    data.s := IntToStr(i);
    dlink_push_fifo(@link, data);
    inc(push_count);
  end;

  // 出队1
  while dlink_pop(@link, Pointer(data)) do
  begin
    inc(pop_count);
    if data.v <> StrToIntDef(data.s, -1) then
      inc(error_count);
    dlink_entry_free(data);
  end; 
  ShowMessageFmt('test1: push: %d, pop: %d, error: %d', [push_count, pop_count, error_count]);

  // 测试2
  pop_count := 0;
  push_count := 0;
  error_count := 0;
  temp := nil;

  // 入队2
  for i := 0 to 10 do
  begin
    data := dlink_entry_alloc(sizeof(TMyTestRec));

    // 从中间找个entry赋于temp，用于测试dlink_delete
    if i = 5 then
      temp := data;

    data.v := i;
    data.s := IntToStr(i);

    dlink_push_lifo(@link, data);
    inc(push_count);
  end;

  // 测试：删除中间的结点。
  dlink_delete(@link, temp);


  // 出队2
  while dlink_pop(@link, Pointer(data)) do
  begin
    inc(pop_count);
    if data.v <> StrToIntDef(data.s, -1) then
      inc(error_count);
    dlink_entry_free(data);
  end;
  ShowMessageFmt('test2: push: %d, pop: %d, error: %d', [push_count, pop_count, error_count]);

  dlink_uninit(link);
end;

　　请看测试代码Button1Click，里面中的测试1是fifo，然后出队，测试2是lifo，将中间的某结点记录，进行删除中间某结点。

　　上述双链表队列，适合push&pop&delete操作，可独立运作，也可与其它数据结构一块进行，比如hash什么的。

　　与单链表不同的是，多了一个dlink_delete函数，因为双链表，所以删除就几行，不进行循环。

  

　　与单链表实现不同的是：它在通用的基础上，将结点的分配与释放集成在一块，而单链表那个实现，只是一个通用的情况，结点的分配与释放得另外处理，这点要注意，当然，你可以自己去写集成在一块的写法，这里只是一个举例。

 

　　双链表使用场合甚广，写成这种集成模式，不好阅读不说，且不知如何调用。

　　因为本人用的比较多这种模式，比如:

　　　　1：hash中，根据key找到一个entry，然后删除就调用dlink_delete，操作多快

　　　　2：更多的情况下，上面的示例，只是一个示例，我会更多的扩展它里的头信息，而不只是next,prev几个字段，

　　　　　　增删改查时，进行相应处理。dlink_delete只是一个示例。:)

　　目地，还是想给大家一个抛砖的作用。

　　

没了。

水平有限，如有雷同，就是盗链，:D

2014.10.25 by qsl