C语言跳表实现详解（跳表数据结构在C语言中的高效查找与插入删除教程）

跳表的核心优势

• 实现比平衡树简单
• 支持高效的范围查询
• 平均时间复杂度为 O(log n)
• 天然支持并发（在某些高级实现中）

C语言跳表实现步骤

我们将逐步构建一个支持插入、查找和删除操作的跳表。

1. 定义节点结构

每个节点包含一个值和一个指针数组，指向各层的下一个节点：

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <time.h>#define MAX_LEVEL 16  // 最大层数typedef struct Node {    int value;    struct Node* forward[MAX_LEVEL];} Node;typedef struct SkipList {    Node* header;    int level;  // 当前最大层数} SkipList;

2. 创建新节点

辅助函数用于创建指定层数的新节点：

Node* createNode(int level, int value) {    Node* node = (Node*)malloc(sizeof(Node));    node->value = value;    for (int i = 0; i < level; i++) {        node->forward[i] = NULL;    }    return node;}

3. 初始化跳表

SkipList* createSkipList() {    SkipList* list = (SkipList*)malloc(sizeof(SkipList));    list->level = 0;    list->header = createNode(MAX_LEVEL, -1); // 头节点，值无意义    return list;}

4. 随机生成层数

使用“抛硬币”策略决定新节点应有多少层：

int randomLevel() {    int level = 1;    while ((rand() & 1) && level < MAX_LEVEL) {        level++;    }    return level;}

5. 插入操作

插入时需记录每层的前驱节点，以便更新指针：

void insert(SkipList* list, int value) {    Node* update[MAX_LEVEL];    Node* current = list->header;    // 从最高层开始向下搜索    for (int i = list->level - 1; i >= 0; i--) {        while (current->forward[i] != NULL &&               current->forward[i]->value < value) {            current = current->forward[i];        }        update[i] = current;    }    current = current->forward[0];    // 如果值已存在，不重复插入    if (current == NULL || current->value != value) {        int newLevel = randomLevel();        if (newLevel > list->level) {            for (int i = list->level; i < newLevel; i++) {                update[i] = list->header;            }            list->level = newLevel;        }        Node* newNode = createNode(newLevel, value);        for (int i = 0; i < newLevel; i++) {            newNode->forward[i] = update[i]->forward[i];            update[i]->forward[i] = newNode;        }    }}

6. 查找操作

int search(SkipList* list, int value) {    Node* current = list->header;    for (int i = list->level - 1; i >= 0; i--) {        while (current->forward[i] != NULL &&               current->forward[i]->value < value) {            current = current->forward[i];        }    }    current = current->forward[0];    if (current != NULL && current->value == value) {        return 1; // 找到    }    return 0; // 未找到}

完整测试示例

int main() {    srand(time(NULL)); // 初始化随机种子    SkipList* list = createSkipList();    insert(list, 3);    insert(list, 6);    insert(list, 7);    insert(list, 9);    insert(list, 12);    printf("Search 6: %s\n", search(list, 6) ? "Found" : "Not Found");    printf("Search 10: %s\n", search(list, 10) ? "Found" : "Not Found");    return 0;}

总结

通过本教程，你已经掌握了如何用C语言高效查找并实现跳表的基本操作。跳表是一种优雅的数据结构，特别适合需要频繁插入、删除和查找的场景。虽然本文未实现删除操作，但你可以基于插入逻辑自行扩展。

记住，跳表的关键在于跳表插入删除教程中提到的“多层指针”和“随机层数”机制。掌握这些，你就能轻松应对面试或实际项目中的高性能需求。

提示：实际项目中可考虑内存池优化，避免频繁 malloc/free。