Адреса и указатели. Списочные структуры данных

Структура списков

Итак, каждый элемент создаваемого списка должен содержать:

1. полезную информацию, которая может иметь любой формат: integer, real, array, record и т.п.;
2. специально выделенное поле (и, может быть, не одно), которое хранит адрес другого элемента этой же структуры.

Приведем примеры различных списочных структур:

• a) Односвязный (линейный) список: структура, каждый элемент которой "знает" адрес только следующего за ним элемента (см. рис. 10.1 (a)). Очень удобно представлять таким списком стек и очередь (см. лекцию 9).
• b) Двусвязный линейный список: структура, каждый элемент которой "помнит" адрес не только следующего, но и предыдущего элемента списка (см. рис. 10.1 (b)). Этот список удобен для работы с деками (см. лекцию 9)
• c) Бинарное дерево (см. лекцию 11) может быть представлено двусвязным нелинейным списком: каждая вершина помнит обоих своих возможных потомков (см. рис. 10.1 (c)). Если каждой вершине необходимо помнить не только потомков, но и предка, то список становится трехсвязным.
• d) Для представления ориентированного графа (см. лекцию 11) можно использовать иерархические списки - комбинацию из двух различных линейных списков (см. рис. 10.1 (d): вершины задаются структурой, содержащей три поля, а дуги - два; справа показан орграф, представленный приведенной списочной структурой ).

Описание списков

Сначала мы рассмотрим только самый простой случай: односвязный список (см. рис. 10.1 (а)). Напомним, что каждый элемент этого списка должен хранить адрес другого элемента из этого же списка.

Рис. 10.1. Примеры списочных структур

Логичнее всего было бы дать этой структуре такое описание:

type element_spiska = record 
  znachenie : integer;
  next_element : ^element_spiska;
end;

Однако этот вариант невозможен по правилам языка Pascal: рекурсивные описания недопустимы, следовательно, структура не может ссылаться сама на себя. Поэтому приходится использовать более сложный, хотя и совершенно эквивалентный, вариант:

type ukazatel = ^element_spiska;
  element_spiska = record 
  znachenie : integer;
  next_element : ukazatel;
end;

Обратите внимание: это единственный случай, когда компилятор согласится принять использование структуры ( element_spiska ) до ее описания.

Замечание: Кажется, что гораздо более естественным было бы отнести поле next_element к типу pointer: тогда не пришлось бы вводить дополнительный тип данных ukazatel. Однако неудобства, которые непременно возникнут из-за нетипизированности указателей в процессе написания программы, будут гораздо серьезнее, чем одна лишняя строчка при описании типов.

В качестве примера приведем описания всех четырех структур, представленных на рис. 10.1 (см. табл. 10.1):

type ukazatel = ^elem_spiska;
   elem_spiska = record 
      znach : integer;
      sled : ukazatel;
   end;

type point = ^element_spiska;
  list = record znachenie : integer;
	 sled : point
	 pred : point;
  end;

type point = ^tree;
	tree = record 
		data : integer;
		left_sibling : point;
		right_sibling: point;
    end;

type uk_versh = ^versh;
	uk_duga = ^duga;
	vershina = record nomer : integer;
	   sled_versh : uk_versh;
	   spisok_dug : uk_duga;
	end;
	duga = record 
		konec_dugi : uk_versh;
		sled_duga : uk_duga;
	end;

Оперирование элементами списка

Хранение списка

Для того чтобы сохранить информацию обо всем списке, достаточно только одной переменной - указателя на первый элемент этого списка. Обычно его называют головой списка. Указатель на голову должен быть выделенным: с ним нельзя производить никаких действий, которые могут стать причиной утери всего списка. Для работы со списком обычно заводят вспомогательный указатель.

Например:

var head,p,q: uk_spisok;

Но, вообще говоря, нет никаких специальных правил, которые обязали бы программиста давать выделенным указателям особые имена. Например, на рис. 10.1 выделенные указатели имеют имена head, tail, tree_root и start.