动态数据类型 —— 指针

1. 动态数据类型——指针 前面介绍的各种简单类型的数据和构造类型的数据属于静态数据。在程序中，这些类型的变量一经说明，就在内存中占有固定的存储单元，直到该程序结束。 与静态变量对应的是动态变量，在程序执行过程中可以动态产生或撤消，所使用的存储空间也随之动态地分配或回收。为了使用动态变量， PASCAL系统提供了指针类型，用指针变量（静态变量）来指示动态变量（存储地址变量）。下面介绍如何利用指针建立动态数据结构.

2. 一、指针的定义及操作 （一）指针类型和指针变量 在pascal中,指针变量(也称动态变量)存放某个存储单元的地址；也就是说， 指针变量指示某个存储单元。 指针类型的格式为:＾基类型 说明: ①一个指针只能指示某一种类型数据的存储单元，这种数据类型就是指针的基类型，基类型可以是除指针、文件外的所有类型。 type pointer=^Integer;var p1,p2:pointer; 定义了两个指针变量p1和p2，这两个指针可以指示一个整型存储单元(即p1、p2 中存放的是某存储单元的地址，而该存储单元恰好能存放一个整型数据)。

3. ②和其它类型变量一样，也可以在var区直接定义指针型变量。②和其它类型变量一样，也可以在var区直接定义指针型变量。 例如：var a:^real; b:^boolean; 又如：type person=recordname:string[20];sex:(male,female);age:1..100end;var pts:^person;

4. ③pascal规定所有类型都必须先定义后使用，但只有在定义指针类型时可以例外，如下列定义是合法的：③pascal规定所有类型都必须先定义后使用，但只有在定义指针类型时可以例外，如下列定义是合法的： type pointer=^rec;rec=recorda:integer;b:charend;

5. （二）开辟和释放动态存储单元 1、开辟动态存储单元 在pascal中，指针变量的值一般是通过系统分配的，开辟一个动态存储单元必须调用标准过程new。 new过程的调用的一般格式: New(指针变量) 功能：开辟一个存储单元，此单元能存放的数据的类型正好是指针的基类型，并把此存储单元的地址赋给指针变量。

6. 几点说明： ①这实际上是给指针变量赋初值的基本方法。例如，设有说明：var p:^Integer; 这只定义了P是一个指示整型存储单元的指针变量，但这个单元尚未开辟，或者说P中尚未有值（某存储单元的首地址）。当程序中执行了语句new(p)才给ｐ赋值，即在内存中开辟（分配）一个整型变量存储单元，并把此单元的地址放在变量ｐ中。 示意如下图： (a)编译时给 　 (b)执行New(p)后 　 (c)(b)的简略表示p分配空间 　　　 生成新单元?表示值不定 　新单元的地址为XXXX　　　　　　　　　　内存单元示意图

7. ②一个指针变量只能存放一个地址。如再一次执行New(p)语句，将在内存中开辟另外一个新的整型变量存储单元，并把此新单元的地址放在ｐ中，从而丢失了原存储单元的地址。②一个指针变量只能存放一个地址。如再一次执行New(p)语句，将在内存中开辟另外一个新的整型变量存储单元，并把此新单元的地址放在ｐ中，从而丢失了原存储单元的地址。 如： New(p); New(p); ③当不再使用ｐ当前所指的存储单元时，可以通过标准过程Dispose释放该存储单元。 Dispose(p);

8. ⒉释放动态存储单元 dispose语句的一般格式: dispose(指针变量); 功能：释放指针所指向的存储单元，使指针变量的值无定义。 如： New(p); Dispose(p);

9. （三）动态存储单元的引用 在给一个指针变量赋以某存储单元的地址后，就可以使用这个存储单元. 引用动态存储单元一般格式：＜指针变量＞＾ 说明： ①在用New过程给指针变量开辟了一个它所指向的存储单元后，要使用此存储单元的唯一方法是利用该指针。 ②对动态存储单元所能进行的操作是该类型（指针的基类型）所允许的全部操作。

10. 例1 设有下列说明:var p:^integer; i:integer;　　画出执行下列操作后的内存示意图：New(p); P^:=4;i:=p^; (a)编译时 (b)执行New语句(c)执行P^:=4 (d)执行i:=P^　分配存储 　　单元　　　　　　　　 内存单元示意图

11. （四）对指针变量的操作 ⒈具有同一基类型的指针变量之间相互赋值 例2 设有下列说明与程序段:var p1,p2,p3:^integer;beginNew(P1) ; New(P2); New(P3);P1:=P2; P2:=P3;end; 2、可以给指针变量赋nil值 nil是PASCAL的关键字，它表示指针的值为"空"。 例如，执行：p1:=ni1后，p1的值是有定义的，但p1不指向任何存储单元。

12. 3、可以对指针变量进行相等或不相等的比较运算3、可以对指针变量进行相等或不相等的比较运算 在实际应用中，通常可以在指针变量之间，或指针变量与nil之间进行相等(＝)或不相等(＜＞＝的比较，比较的结果为布尔量。 例3 输入两个整数，按从小到大打印出来。 分析：不用指针类型可以很方便地编程，但为了示例指针的用法，我们利用指针类型。定义一个过程swap用以交换两个指针的值。 Type pointer=^integer;var p1,p2:pointer;procedure swap(var q1,q2:pointer);var q:pointer;beginq:=q1;q1:=q2;q2:=q;end;beginnew(p1);new(p2);write('Input 2 data:');readln(pq^,p2^);if p1^>p2^ then swap(p1,p2);writeln('Output 2 data:',p1^:4,p2^:4);end.

13. [例1] 分别用简单变量和指针变量交换两个变量的值。 解：设两个变量a,b的值分别为5, 8 (1)用简单变量交换： Program Exam101; const a=5; b=8; {常量} var c: integer; begin c:=a; a:=b; b:=c; {用简单变量交换} Type 指针类型名 = ^ 基类型； writeln(’a=’:8, a, ’b=’:8, b ); readln end.

14. (2)用指针变量交换： Program Exam102; type pon= ^ integer; {pon为指针类型} var a,b,c: pon; {a,b,c为指针变量} begin New（指针变量）; new(a ); new(b ); new(c ); {开辟动态存储单元} a ^ :=5; b ^ :=8; {给a,b指向的存储单元赋值} c:=a; a:=b; b:=c; {交换存储单元的指针} writeln('a=':8, a ^ , ‘b=':8, b ^ ); {输出a,b所指单元的值} Dispose（指针变量）； readln End.

15. 第(1)种方法，直接采用变量赋值进行交换，（实际上给各存储单元重新赋值）其过程如下图所示：第(1)种方法，直接采用变量赋值进行交换，（实际上给各存储单元重新赋值）其过程如下图所示： 第(2)种方法，对各存储单元所保存的值并不改变，只是交换了指向这些单元的存储地址（指针值），可以简略地用如下图示说明：

16. (图中“--〉”表示指向存储单元) 指针类型的指针变量a,b存有各指向单元的地址值，将指针交换赋值步骤为： ①将c:=a (让c具有a的指针值); ②将a:=b (让a具有b的指针值); ③将b:=c (让b具有c的指针值); 最后输出a,b所指向存储单元(a ^ 和b ^ )的值，此时的a指向了存储整数8的单元（即a ^ = 8），b指向了存储整数5的单元（即b ^ = 5）。存储单元的值没有重新赋值，只是存放指针值的变量交换了指针值。

17. [例2] 利用指针对数组元素值进行排序。 分析： ①定义一个各元素为指针类型的数组a : ②定义一个交换指针值的过程(swap)； ③定义一个打印过程(print)； ④定义过程(int)将数组b的值赋给a数组各元素所指向的各存储单元。 ⑤过程pixu用交换指针值的方式，按a数组所指向的存储单元内容值从小到大地调整各元素指针值，实现“指针”排序； ⑥按顺序打印a数组各元素指向单元的值(a[ i ] ^ )。

18. Program Exam2; const n=8; b: array[1..n] of integer=(44,46,98,86,36,48,79,71); type pon= ^ integer; var a: array[1..n] of pon; Procedure swap(var p1, p2: pon); {交换指针} var p: pon; begin p:=p1; p1:=p2; p2:=p end; Procedure print; {打印数组各元素指向单元(a[ i ] ^ )的值} var i: integer; begin for i:=1 to n do write(a[ i ] ^ :6); writeln; writeln; end;

19. Procedure int; {将数组b的值赋给a数组各元素所指向的存储单元} var i: integer; begin for i:=1 to n do begin new(a[ i ]); a[ i ] ^ :=b[ i ]; end; print; end; Procedure pixu; {排序} var i,j,k: integer; begin for i:=1 to n-1 do begin k:=i; for j:=i+1 to n do if a[j] ^ < a[k] ^ then k:=j; swap(a[k], a[ i ]) end end;

20. Begin {主程序部分} int; pixu; print; readln End.

21. [例3] 有m只猴子要选猴王，选举办法如下：所有猴子按1..m编号围坐成圆圈，从第一号开始按顺序1,2, ..,n连续报数，凡报n号的退出到圈外。如此循环报数，直到圈上只剩下一只猴子即当选为王。 普通方法 经仔细分析，此题实质与筛选法求素数类似。 1）开始时将m个下标变量的值均赋为1，表示大家都在圈上。 2）假设我们用变量K来计数，当报到n时（即K的值为n）退出，将相应的下标变量的值改赋为0，表示他已退出圈，其值不影响K的下一次计数。 3）连圈问题：计数时下标值从1开始依次增加，超n时重新赋为1，这样做就连成圈了。

22. Program monkey; Var a:array[1..100] of integer; I,k,p,x:integer; Begin readln(m,n); for I:=1 to n do a[i]:=1; k:=0;p:=0; while p<m-1 do {当P=m-1时结束任务，即只有一个人还在圈上} begin x:=0; {每次计数时清零} while x<n do begin k:=k+1; if k>m then k:=1; {连成圈} x:=x+a[k]; end; write(k,’ ‘); a[k]:=0; p:=p+1; end; End. 程序说明： K：数组下标值，为了连成圈 P：统计出圈个数 X：报数值

23. 编号变量 链指针变量 [例3] 有m只猴子要选猴王，选举办法如下：所有猴子按1..m编号围坐成圆圈，从第一号开始按顺序1,2, ..,n连续报数，凡报n号的退出到圈外。如此循环报数，直到圈上只剩下一只猴子即当选为王。用指针（环形链表）编程。 分析： ①让指针pon指向的单元为记录类型，记录内容含有两个域： ②用过程crea建立环形链； ③用过程king进行报数处理：每报数一次t计数累加一次，当所报次数能被n整除，就删去该指针指向的记录，将前一个记录的链指针指向下一个记录。删去的指向单元（记录）应释放。直到链指针所指向的单元是同一单元，就说明只剩下一个记录。 ④打印指向单元记录中编号域（num)的值。

24. program Exam03; type pon= ^ rec; ｛指向rec类型｝ rec=record ｛rec为记录类型｝ num: byte; ｛域名num为字节类型｝ nxt: pon ｛域名nxt为pon类型｝ end; var hd: pon; m, n: byte; procedure crea; {建立环形链} var s,p: pon; i: byte; begin new(s); hd:=s; s ^ . num :=1; p:=s; for i:=2 to n do begin new(s); s ^ . num :=i; p ^ . nxt:=s; p:=s end; p ^ . nxt :=hd end;

25. procedure king; {报数处理} var p,q: pon; i, t: byte; begin p:=hd; t:=0; q:=p; repeat p:=q ^ . nxt; inc(t); if t=n then begin q ^ . nxt :=p ^ . nxt; dispose(p); t:=0 end else q:=p until p=p ^ . nxt; hd:=p end; begin write('m, n='); readln(m, n); ｛输入m只猴，报数到n号｝ crea; king; writeln('then king is :', hd ^ . num); readln end.

26. 习 题 1.请将下列八个国家的国名按英文字典顺序排列输出。 China(中国) Japan(日本) Cancda(加拿大) Korea(朝鲜) England(英格兰) France(法兰西) American(美国) India(印度) 2.某医院里一些刚生下来的婴儿 ，都还没有取名字，全都统一用婴儿服包装，很难区分是谁的小孩。所以必须建立卡片档案，包含内容有编号、性别、父母姓名、床号。实际婴儿数是变动的，有的到期了，家长要抱回家，要从卡片上注销；新的婴儿出生，要增加卡片，请编程用计算机处理动态管理婴儿的情况。

27. 二、链表结构 设有一批整数(12，56，45，86，77，……，)，如何存放呢? 当然我们可以选择以前学过的数组类型。但是，在使用数组前必须确定数组元素的个数。如果把数组定义得大了，就会有大量空闲存储单元，定义得小了，又会在运行中发生下标越界的错误，这是静态存储分配的局限性。 指针类型可以构造一个简单而实用的动态存储分配结构――链表结构。

28. 下图是一个简单链表结构示意图： 说明： ①每个框表示链表的一个元素，称为结点。 ②框的顶部表示了该存储单元的地址(当然，这里的地址是假想的)。 ③每个结点包含两个域：一个域存放整数，称为数据域，另一个域存放下一个结点(称为该结点的后继结点，相应地，该结点为后继结点的前趋结点)的地址。 ④链表的第一个结点称为表头，最后一个结点表尾，称为指针域； ⑤指向表头的指针head称为头指针(当head为nil时，称为空链表)，在这个指针变量中 存放了表头的地址。 ⑥在表尾结点中，由指针域不指向任何结点，一般放入nil。