異或鍊表

異或鍊表（英語：XOR linked list）是數據結構裡面的一種鏈式存儲結構,可以在降低空間複雜度的情況下達到和雙向鍊表一樣的目的，使得在任何一個結點都能方便地訪問它的前驅結點和後繼結點。

概述

普通雙向鍊表的每個結點有三個域 ，分別存儲着前一個結點的地址、後一個點的地址，以及數據

 ...  A       B         C         D         E  ...
          –>  next –>  next  –>  next  –>
          <–  prev <–  prev  <–  prev  <–

異或鍊表通過異或操作（這裡用⊕表示）把前一個結點的地址和後一個結點的地址變成一個地址

 ...  A         B               C                D            E  ...
          <–>  A⊕C     <->    B⊕D     <->      C⊕E  <->
  
      link(B) = addr(A)⊕addr(C), link(C) = addr(B)⊕addr(D), …

當從左往右遍歷的時候，如果當前結點是C，指針域是內容是B⊕D,通過和前一個結點B的地址做異或操作就能得到下一個結點D的地址，如此重複便能遍歷整個鍊表。

C語言示例（異或指針雙向鍊表）

異或鍊表結點結構

typedef struct XorNode {
    char data;
    struct XorNode *LRPtr;
}
XorNode, *XorPointer;

異或指針雙向鍊表結構

typedef struct XorLinkedList {
    XorPointer left, right;
}
XorLinkedList;

異或操作

XorPointer xor(XorPointer a, XorPointer b) {
    return (XorPointer)((unsigned long)(a) ^ (unsigned long)(b));
}

創建異或雙向鍊表

void createXorLinkedList(XorLinkedList *list) {
    char ch;
    XorPointer lastNode = NULL;
    int isFirstNode = 1;
    while ((ch = getchar()) != '\n') {
        XorPointer newNode = (XorPointer) malloc(sizeof(XorNode));
        newNode -> data = ch;
        newNode -> LRPtr = NULL;
        if (lastNode) {
            newNode -> LRPtr = xor(lastNode, NULL);
            lastNode -> LRPtr = xor(xor(lastNode -> LRPtr, NULL), newNode);
        }
        lastNode = newNode;
        if (isFirstNode) {
            isFirstNode = 0;
            list -> left = newNode;
        }
    }
    list -> right = lastNode;
}

按任意方向依次輸出各結點值

void print(XorPointer a, XorPointer b) {
    XorPointer nullFirst = a == NULL ? a : b;
    XorPointer nonNullFirst = a != NULL ? a : b;
    XorPointer tmp = NULL;
    do {
        printf("%c ", nonNullFirst -> data);
        tmp = nonNullFirst;
        nonNullFirst = xor(nullFirst, nonNullFirst -> LRPtr);
        nullFirst = tmp;
    } while (nonNullFirst != NULL);
}

在第i個結點之前插入一個結點

void XorLinkedListInsert(XorLinkedList *list, int pos, char data) {
    XorPointer node = list -> left, tmp = NULL;
    XorPointer last = NULL;
    XorPointer newNode = NULL;
    int i = 1;
    while (i < pos && node != NULL) {
        tmp = node;
        node = xor(last, node -> LRPtr);
        last = tmp;
        i++;
    }
    newNode = (XorPointer) malloc(sizeof(XorNode));
    newNode -> data = data;
    newNode -> LRPtr = xor(last, node);
    if (node != NULL) {
        node -> LRPtr = xor(newNode, xor(last, node -> LRPtr));
    }
    if (last != NULL) {
        last -> LRPtr = xor(xor(last -> LRPtr, node), newNode);
    }
    if (pos == 1) {
        list -> left = newNode;
    }
}

刪除第i個結點

void XorLinkedListDelete(XorLinkedList *list, int pos) {
    XorPointer node = list -> left, last = NULL, next = NULL, tmp = NULL;
    int i = 1;
    while (i < pos && node != NULL) {
        i++;
        tmp = node;
        node = xor(last, node -> LRPtr);
        last = tmp;
    }
    next = xor(last, node -> LRPtr);
    if (last != NULL) {
        last -> LRPtr = xor(xor(last -> LRPtr, node), next);
    }
    if (next != NULL) {
        next -> LRPtr = xor(last, xor(node, next -> LRPtr));
    } else {
        list -> right = last; //删除了最后一个结点
    }
    if (pos == 1) {
        list -> left = next;
    }
    free(node);
}

C++ 範例

• XORList: Efficient C++ Linked List (MIT License) - A GitHub repository providing an efficient implementation of XOR linked lists in C++.