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数据结构顺序表和链表（超详细）

2024-03-05 107
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简介： 数据结构顺序表和链表（超详细）

线性表：

线性表 （ linear list ） 是 n 个具有相同特性的数据元素的有限序列。 线性表是一种在实际中广泛使

用的数据结构，常见的线性表：顺序表、链表、栈、队列、字符串 ...

线性表在逻辑上是线性结构，也就说是连续的一条直线。但是在物理结构上并不一定是连续的，

线性表在物理上存储时，通常以数组和链式结构的形式存储。

顺序表

概念及结构

 顺序表是用一段物理地址连续的存储单元依次存储数据元素的线性结构，一般情况下采用数组存

储。在数组上完成数据的增删查改。

顺序表一般可以为：

静态顺序表：使用定长数组存储元素。

动态顺序表：使用动态开辟的数组存储。

如果将一开始动态开辟的内存填满，则会进行扩容，

扩容分两种情况：

原地扩容：在已开辟的动态内存后进行判断，如果后方内存大小足够扩容到新定义的大小，则在之前开辟的内存后面加上一段，以达到新定义内存大小；

异地扩容：如果在已开辟的动态内存后进行判断，后方的大小不足以扩容到新定义的大小，则会在内存中寻找一块新的足够容纳新定义大小的空间，并将之前的数据拷贝到新空间，再释放之前定义的动态内存空间；

接口实现

静态顺序表只适用于确定知道需要存多少数据的场景。静态顺序表的定长数组导致N定大了，空

间开多了浪费，开少了不够用。所以现实中基本都是使用动态顺序表，根据需要动态的分配空间

大小，所以下面我们实现动态顺序表。

typedef int SLDateType;

typedef struct SeqList
{
   SLDateType* a;//动态开辟的数组
   int size;    //数据个数
   int capacity;//容量空间大小
}SL;

//初始化
void SLInit(SL* ps);

//释放或销毁
void SLDestroy(SL* ps);

//显示或打印
void SLPrintf(SL* ps);

//尾插
void SLPushBack(SL* ps, SLDateType x);
//尾删
void SLPopBack(SL* ps);
//头插
void SLPushFront(SL* ps, SLDateType x);
//头删
void SLPopFront(SL* ps);

//扩容
void SLCheckDestroy(SL* ps);

//顺序表查找
int SLFind(SL* ps,int n);

// 顺序表在pos位置插入x
void SLInsert(SL* ps, int pos, SLDateType x);

// 顺序表删除pos位置的值
void SLErase(SL* ps, int pos);

//顺序表修改
void SLModify(SL* ps,int pos,SLDateType x);

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include "Sequence.h"

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <assert.h>

//初始化

void SLInit(SL* ps)

{

   ps->a = (SLDateType*)malloc(sizeof(SLDateType*)*4);

   if (ps->a == NULL)

   {

       perror("malloc failed");

       exit(-1);

   }

   ps->size = 0;

   ps->capacity = 4;

}

//释放或销毁

void SLDestroy(SL* ps)

{

   free(ps->a);

   ps->a = NULL;

   ps->capacity = ps->size = 0;

}

//显示或打印

void SLPrintf(SL* ps)

{

   int i = 0;

   for (i = 0; i < ps->size; i++)

   {

       printf("%d ", ps->a[i]);

   }

   printf("\n");

}

//扩容

void SLCheckDestroy(SL* ps)

{

   if (ps->size == ps->capacity)

   {

       SLDateType* tmp = (SLDateType*)realloc(ps->a, sizeof(SLDateType) * 2 * ps->capacity);

       if (tmp == NULL)

       {

           perror("realloc failed");

           exit(-1);

       }

       ps->a = tmp;

       ps->capacity *= 2;

   }

}

//尾插

void SLPushBack(SL* ps, SLDateType x)

{

   SLCheckDestroy(ps);

   //ps->a[ps->size] = x;

   //ps->size++;

   SLInsert(ps,ps->size,x);

}

//尾删

void SLPopBack(SL* ps)

{

   assert(ps);

   //温柔型

   //if (ps->size == 0)

   //{

   //    return;

   //}

   

   //暴力型

   //assert(ps->size > 0);

   //ps->size--;

   SLErase(ps, ps->size - 1);

}

//头插

void SLPushFront(SL* ps, SLDateType x)

{

   assert(ps);

   SLCheckDestroy(ps);

   //int i = 0;

   //for (i = 0; i < ps->size ; i++)

   //{

   //    ps->a[ps->size-i] = ps->a[ps->size - i -1];

   //}

   //ps->a[0] = x;

   //ps->size++;

   SLInsert(ps, 0, x);

}

//头删

void SLPopFront(SL* ps)

{

  //防止越界

   assert(ps->size > 0);

   //int i = 0;

   //for (i = 0; i < ps->size - 1; i++)

   //{

   //    ps->a[i] = ps->a[i+1];

   //}

   //ps->size--;

   SLErase(ps, 0);

}

//查找

int SLFind(SL* ps, int n)

{

   int i = 0;

   for (i = 0; i < ps->size; i++)

   {

       if (ps->a[i] == n)

       {

           return i;

       }

   }

   return -1;

}

// 顺序表在pos位置插入x

void SLInsert(SL* ps, int pos, SLDateType x)

{

   assert(ps);

   //=0相当于头插，=size等于尾插

   assert(pos >= 0 && pos <= ps->size);

   SLCheckDestroy(ps);

   int start = ps->size - 1 ;

   while (start >= pos)

   {

       ps->a[start + 1] = ps->a[start];

       start--;

   }

   ps->a[pos] = x;

   ps->size++;

}

// 顺序表删除pos位置的值

void SLErase(SL* ps, int pos)

{

   assert(ps);

   assert(pos >= 0 && pos < ps->size);

   int begin = pos + 1;

   while (begin < ps->size)

   {

       ps->a[begin - 1] = ps->a[begin];

       begin++;

   }

   ps->size--;

}

//顺序表修改

void SLModify(SL* ps, int pos, SLDateType x)

{

   assert(ps);

   assert(pos >= 0 && pos < ps->size);

   ps->a[pos];

}

值得注意的是：

如果没有使用温柔型或者暴力型判断，可能会发生数组越界，但是一般情况下，编译器不会报错，因为编译器只在数组两天的特定位置放置了越界标记，需要触发才会报错，触发一般是在编译结束时到数组越界标记访问，此时越界了，但没有在此处赋值，也不会报错。

顺序表总结：

缺点：

1.头部和中部插入和删除效率不高O(n);

2.空间不足时，扩容有一定的消耗（尤其是异地扩容）如：开辟空间，拷贝，释放旧空间；

3.扩容逻辑，可能存在空间浪费（200个，但是只用110个）。

优点：

1.尾插尾删足够快；

2.下标的随机访问和修改。

链表

链表的概念及结构:

概念：链表是一种物理存储结构上非连续、非顺序的存储结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表

中的指针链接次序实现的 。

特点：按需申请释放

逻辑上分析链表如图：

值得注意：

1.上图，链式结构在逻辑上是连续的，在物理上不一定是连续的；

2.现实中的结点一般是在堆上申请；

3.堆上申请的空间，可能连续，也可能不连续。

物理上分析链表如下：

1.单向链表的实现：

// 1 、无头 + 单向 + 非循环链表增删查改实现

typedef int SLTDateType ;

typedef struct SListNode

{

SLTDateType data ;

struct SListNode * next ;

} SListNode ;

// 动态申请一个结点

SListNode * BuySListNode ( SLTDateType x );

// 单链表打印

void SListPrint ( SListNode * plist );

// 单链表尾插

void SListPushBack ( SListNode ** pplist , SLTDateType x );

// 单链表的头插

void SListPushFront ( SListNode ** pplist , SLTDateType x );

// 单链表的尾删

void SListPopBack ( SListNode ** pplist );

// 单链表头删

void SListPopFront ( SListNode ** pplist );

// 单链表查找

SListNode * SListFind ( SListNode * plist , SLTDateType x );

// 单链表在 pos 位置之后插入 x

// 分析思考为什么不在 pos位置之前插入？

void SListInsertAfter ( SListNode * pos , SLTDateType x );

// 单链表删除 pos 位置之后的值

// 分析思考为什么不删除 pos 位置？

void SListEraseAfter ( SListNode * pos );

//销毁

void SListDestory ( SListNode** phead );

// 动态申请一个结点

SListNode* BuySListNode(SLDataType x)
{
  SListNode* newnode = (SListNode*)malloc(sizeof(SListNode));
  if (newnode == NULL)
  {
    perror("malloc fail");
    exit(-1);
  }
  newnode->data = x;
  newnode->next = NULL;
  return newnode;
}

// 单链表打印

void SListPrint(SListNode* phead)
{
  SListNode* cur = phead;
  while (cur != NULL)
  {
    printf("%d->", cur->data);
    cur = cur->next;
  }
  printf("NULL\n");
}

特别需要注意的是

上面两张图中，图一说明改变成员，要用成员的指针，

图二说明改变成员的指针，要用成员的指针的指针（二级指针）

// 单链表尾插

void SListPushBack(SListNode** phead, SLDataType x)
{
  assert(phead);
  SListNode* newnode = BuySListNode(x);
  if (*phead == NULL)
  {
    // 改变的结构体的指针，所以要用二级指针
    *phead = newnode;
  }
  else
  {
    SListNode* tail = *phead;
    while (tail->next != NULL)
    {
      tail = tail->next;
    }
    // 改变的结构体，用结构体的指针即可
    tail->next = newnode;
  }
}

// 单链表的头插

void SListPushFront(SListNode** phead, SLDataType x)
{
  assert(phead);
  SListNode* newnode = BuySListNode(x);
  newnode->next = *phead;
  *phead = newnode;
}

// 单链表的尾删

void SListPopBack(SListNode** phead)
{
  assert(phead);
  //0个
  assert(*phead);
  //1个或以上
  if ((*phead)->next == NULL)
  {
    free(*phead);
    *phead = NULL;
  }
  else
  {
    SListNode* tail = *phead;
    while (tail->next->next)
    {
      tail = tail->next;
    }
    free(tail->next);
    tail->next = NULL;
    
  }
}

// 单链表头删

void SListPopFront(SListNode** phead)
{
  assert(phead);
  assert(*phead);
  
  SListNode* newnode = (*phead)->next;
  free(*phead);
  *phead = newnode;
}

//查找

SListNode* SListFind(SListNode* phead, SLDataType x)
{
  SListNode* newnode = phead;
  while (newnode)
  {
    if (newnode->data == x)
    {
      return newnode;
    }
    
      newnode = newnode->next;
    
  }
  return NULL;
}

//在pos之后插入x 

void SListInsertAfter(SListNode* pos, SLDataType x)
{
  assert(pos);
  SListNode* newnode = BuySListNode(x);
  newnode->next = pos->next;
  pos->next = newnode;
  
}

//在pos之前插x

void SLTInsert(SListNode** phead, SListNode* pos, SLDataType x)
{
  assert(pos);
  //方法一
  if (pos == *phead)
  {
    SListPushFront(phead, x);
  }
  else
  {
    SListNode* tail = *phead;
    while (tail->next != pos)
    {
      tail = tail->next;
    }
    SListNode* newnode = BuySListNode(x);
    tail->next = newnode;
    newnode->next = pos;
  }
  
  //方法二
  //SListNode* tail = *phead;
  //while (newnode->next == NULL)
  //{ 
  //  if (*phead == pos)
  //  {
  //    newnode->next = tail;
  //    *phead = newnode;
  //  }
  //  if (tail->next == pos)
  //  {
  //    newnode->next = tail->next;
  //    tail->next = newnode;
  //  }
  //  else
  //  {
  //    tail = tail->next;
  //  }
  //}
}

// 删除pos位置

void SLTErase(SListNode** phead, SListNode* pos)
{
  assert(phead);
  assert(pos);
  SListNode* tail = *phead;
  if (*phead == pos)
  {
    SListPopFront(phead);
    //*phead = pos->next;
    //return;
  }
  while (tail->next != pos->next)
  {
    if (tail->next == pos)
    {
      tail->next = tail->next->next;
    }
    else
    {
      tail = tail->next;
    }
  }
  free(pos);
  //pos = NULL;//形参不改变实参，在调用外面置空
}

// 删除pos的后一个位置

void SLTEraseAfter(SListNode* pos)
{
  assert(pos);
  assert(pos->next);//如果pos没有下一个，报错
  
  SListNode* postNext = pos->next;
  pos->next = pos->next->next;
  free(postNext);
  postNext = NULL;
}

//销毁 

void SListDestory(SListNode** phead)
{
  assert(phead);
  SListNode* cur = *phead;
  while (cur)
  {
    SListNode* node = cur->next;
    free(cur);
    cur = node;
  }
  *phead = NULL;
}

替换发删除：

将下一个节点的值给pos，然后删除pos->next的节点。

2.双向链表的实现：

// 2 、带头 + 双向 + 循环链表增删查改实现

typedef int LTDataType ;

typedef struct ListNode

{

LTDataType _data ;

struct ListNode * next ;

struct ListNode * prev ;

} ListNode ;

// 创建返回链表的头结点 .

ListNode * ListCreate ();

// 双向链表销毁

void ListDestory ( ListNode * plist );

// 双向链表打印

void ListPrint ( ListNode * plist );

// 双向链表尾插

void ListPushBack ( ListNode * plist , LTDataType x );

// 双向链表尾删

void ListPopBack ( ListNode * plist );

// 双向链表头插

void ListPushFront ( ListNode * plist , LTDataType x );

// 双向链表头删

void ListPopFront ( ListNode * plist );

// 双向链表查找

ListNode * ListFind ( ListNode * plist , LTDataType x );

// 双向链表在 pos 的前面进行插入

void ListInsert ( ListNode * pos , LTDataType x );

// 双向链表删除 pos 位置的结点

void ListErase ( ListNode * pos );

// 创建返回链表的头结点

ListNode* BuyLTNode(LTDataType x)
{
  ListNode* node = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
  if (node == NULL)
  {
    perror("malloc fail");
    exit(-1);
  }
  node->data = x;
  node->next = NULL;
  node->prev = NULL;
  return node;
}
// 创建返回链表的头结点.
ListNode* ListCreate()
{
  ListNode* head = BuyLTNode(0);
  head->next = head;
  head->prev = head;
  return head;
}

// 双向链表打印

// 双向链表打印
void ListPrint(ListNode* pHead)
{
  assert(pHead);
  ListNode* node = pHead->next;
  while (node != pHead)
  {
    printf("%d->",node->data);
    node = node->next;
  }
  printf("NULL\n");
}

// 双向链表在pos的前面进行插入

// 双向链表在pos的前面进行插入
void ListInsert(ListNode* pos, LTDataType x)
{
  assert(pos);
  ListNode* newnode = BuyLTNode(x);
  ListNode* oldnode = pos->prev;
  newnode->prev = oldnode;
  oldnode->next = newnode;
  newnode->next = pos;
  pos->prev = newnode;
}

// 双向链表删除pos位置的节点

// 双向链表删除pos位置的节点
void ListErase(ListNode* pos)
{
  assert(pos);
  ListNode* oldnode = pos->prev;
  oldnode->next = pos->next;
  pos->next->prev = oldnode;
  free(pos);
}

// 双向链表尾插

// 双向链表尾插
void ListPushBack(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
  assert(pHead);
  ListInsert(pHead,x);
}

// 双向链表头插

// 双向链表头插
void ListPushFront(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
  assert(pHead);
  ListInsert(pHead->next,x);
}

// 双向链表尾删

// 双向链表尾删
void ListPopBack(ListNode* pHead)
{
  assert(pHead);
  //
  assert(pHead->next != pHead);
  ListErase(pHead->prev);
}

// 双向链表头删

// 双向链表头删
void ListPopFront(ListNode* pHead)
{
  assert(pHead);
  //
  assert(pHead->next != pHead);
  ListErase(pHead->next);
}

// 双向链表查找

// 双向链表查找
ListNode* ListFind(ListNode* pHead, LTDataType x)
{
  assert(pHead);
  ListNode* node = pHead->next;
  while(node != pHead)
  {
    if (node->data == x)
    {
      return node;
    }
    node = node->next;
  }
  return NULL;
}

// 双向链表销毁

// 双向链表销毁
void ListDestory(ListNode* pHead)
{
  assert(pHead);
  ListNode* oldnode = pHead->next;
  while (oldnode != pHead)
  {
    ListNode* oldnode1 = oldnode->next;
    free(oldnode);
    oldnode = oldnode1;
  }
  free(pHead);
  printf("销毁完成！\n");
}

链表和顺序表的区别：

缓存利用率：

以上就是个人学习线性表的个人见解和学习的解析，欢迎各位大佬在评论区探讨！

感谢大佬们的一键三连！ 感谢大佬们的一键三连！ 感谢大佬们的一键三连！

                                           

文章标签：
存储
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编译器
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顺序表链表
数据结构链表
数据结构顺序表
数据结构顺序表链表
链表数据结构
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