XOR链表–具有内存效率的双链表|套装2

介绍

XOR链表是一种具有内存效率的双链表。它使用异或（XOR）操作将前驱和后继指针存储在同一个指针中，从而实现更高的内存利用率。

在正常的双向链表中，每个节点需要存储两个指针，一个指向前一个节点，一个指向后一个节点。而在XOR链表中，只需要一个指针即可实现相同的双向链表功能。

XOR链表主要用于嵌入式系统和内存受限环境中，以提高内存利用率。

实现

XOR链表的实现比较复杂。我们需要使用C语言中的指针操作来实现它。

首先，我们定义一个节点结构体，它有三个成员变量：数据、前驱和后继指针。在XOR链表中，前驱和后继指针是异或运算的结果。

typedef struct Node {
    int data;
    struct Node* ptrdiff; // 异或指针
} Node;

然后，我们定义一个双向XOR链表结构体，它有两个成员变量：头指针和尾指针。头指针和尾指针都是Node类型的指针。

typedef struct XORLinkedList {
    Node* head;
    Node* tail;
} XORLinkedList;

接下来，我们需要实现几个基本操作：创建节点、添加节点、删除节点和遍历节点。

创建节点

创建节点很简单，我们只需要分配一个Node结构体的内存，然后给它的数据成员赋值即可。

Node* createNode(int data) {
    Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
    newNode->data = data;
    return newNode;
}

添加节点

添加节点比较复杂。我们需要将新节点链接到XOR链表的尾部。为此，我们需要将新节点的前驱指针设置为当前最后一个节点，将新节点的后继指针设置为NULL，然后将当前最后一个节点的后继指针与新节点的前驱指针异或并存储在新节点的ptron成员变量中。

最后，我们需要将XOR链表的尾指针指向新节点。

void addNode(XORLinkedList* list, Node* newNode) {
    newNode->ptrdiff = (Node*)list->tail ^ (Node*)NULL;
    if (list->tail) {
        Node* prev = (Node*)((uintptr_t)list->tail->ptrdiff ^ (uintptr_t)NULL);
        list->tail->ptrdiff = (Node*)((uintptr_t)newNode ^ (uintptr_t)prev);
    }
    list->tail = newNode;
    if (!list->head) {
        list->head = newNode;
    }
}

删除节点

删除节点也比较复杂。我们需要将要删除的节点从XOR链表中移除。具体步骤如下：

1. 找到要删除节点的前驱节点和后继节点；
2. 将前驱节点的后继指针异或当的后继节点与要删除节点异或，并将结果存储在前驱节点的后继指针成员变量中；
3. 将后继节点的前驱指针异或当的前驱节点与要删除节点异或，并将结果存储在后继节点的前驱指针成员变量中；
4. 如果要删除的节点是头节点，则将XOR链表的头指针指向要删除节点的后继节点；
5. 如果要删除的节点是尾节点，则将XOR链表的尾指针指向要删除节点的前驱节点；
6. 最后，释放要删除节点的内存空间。

void removeNode(XORLinkedList* list, Node* nodeToRemove) {
    if (!nodeToRemove) {
        return;
    }

    if (nodeToRemove->ptrdiff == (Node*)NULL) {
        list->head = (Node*)((uintptr_t)nodeToRemove->ptrdiff ^ (uintptr_t)NULL);
    } else {
        Node* prev = (Node*)((uintptr_t)nodeToRemove->ptrdiff ^ (uintptr_t)NULL);
        Node* next = (Node*)((uintptr_t)nodeToRemove->ptrdiff ^ (uintptr_t)prev);
        prev->ptrdiff = (Node*)((uintptr_t)next ^ (uintptr_t)prev->ptrdiff);
    }

    if (nodeToRemove->ptrdiff == (Node*)NULL) {
        list->tail = (Node*)((uintptr_t)nodeToRemove->ptrdiff ^ (uintptr_t)NULL);
    } else {
        Node* prev = (Node*)((uintptr_t)nodeToRemove->ptrdiff ^ (uintptr_t)NULL);
        Node* next = (Node*)((uintptr_t)nodeToRemove->ptrdiff ^ (uintptr_t)prev);
        next->ptrdiff = (Node*)((uintptr_t)prev ^ (uintptr_t)next->ptrdiff);
    }

    free(nodeToRemove);
}

遍历节点

遍历节点时，我们需要使用异或指针来跟踪前一个节点和当前节点。由于我们无法直接访问前一个节点，因此我们需要保留前一个节点的ptr成员变量，然后将当前节点的ptr异或前一个节点的ptr即可。

void printList(XORLinkedList* list) {
    Node* prev = NULL;
    Node* current = list->head;

    while (current != NULL) {
        printf("%d ", current->data);
        Node* next = (Node*)((uintptr_t)current->ptrdiff ^ (uintptr_t)prev);
        prev = current;
        current = next;
    }
}

总结

XOR链表是一种内存效率高的双向链表。它使用异或指针来减少空间使用量。虽然它的实现比传统的双向链表复杂，但是它提供了更高的内存利用率。