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数据结构--动态顺序表

2024-03-15 68
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简介： 数据结构--动态顺序表


线性表

线性表是数据结构中最基本、最简单也是最常用的一种数据结构。线性表是指由n个具有相同数据类型的元素组成的有限序列。

线性表分为顺序表和链表两种实现方式。

  1. 顺序表：
    顺序表是线性表的一种实现方式，它在计算机内存中以数组的形式保存数据元素。顺序表的特点是元素在内存中是连续存储的，通过索引可以直接访问元素，因此具有较快的随机访问速度。但是顺序表的长度是固定的，需要提前申请足够的内存空间，并且插入和删除元素时需要移动其他元素，效率较低。

  2. 链表：
    链表是线性表的另一种实现方式，它通过指针将多个节点串联起来。每个节点包含元素和指向下一个节点的指针，所以链表的内存分布可以是离散的。链表的优点是可以动态地分配内存，插入和删除操作只需要修改指针，效率较高。但是链表的访问速度比较慢，需要遍历节点找到目标位置。

本章主要介绍的是顺序表。

动态顺序表

顺序表分为静态顺序表和动态顺序表；

静态顺序表是用定长数组来进行存储元素；

动态顺序表是利用动态存储开辟的数组：

数组与顺序表

顺序表和数组在某种程度上可以说是相似的，因为顺序表的基本实现就是数组。顺序表是对数组的一种封装，它在数组的基础上提供了更加灵活的内存管理方式，使得插入、删除等操作更加高效。

接口实现

我们要将函数都包含在一个头文件中，然后用一个源文件来对函数的实现；

结构：

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
typedef int SLTypeData;
typedef struct SeqList
{
  SLTypeData* a;
  int size;  //有效个数
  int capacity;  //空间大小
}SL;

初始化：

void SLInit(SL* ps)
{
  assert(ps);
  ps->a = (SLTypeData*)malloc(sizeof(SLTypeData) * 4);
  if (ps->a == NULL)
  {
    perror("malloc failed");
    exit(-1);
  }
  ps->size = 0;
  ps->capacity = 4;
}

对数组先开辟4个空间，然后判断是否开辟成功，成功就对size和容量进行初始化赋值；

尾插：

void AddCapacity(SL* ps)
{
  assert(ps);
  SLTypeData* cmp = (SLTypeData*)realloc(ps->a, sizeof(SLTypeData) * (ps->capacity + 3));
  if (cmp == NULL)
  {
    perror("realloc failed");
    exit(-1);
  }
  ps->a = cmp;
  ps->capacity += 3;
}
void SLPushBack(SL* ps, SLTypeData x)
{
  //满需要扩容
  if (ps->size == ps->capacity)
  {
    AddCapacity(ps);
  }
  //开始尾插
  ps->a[ps->size] = x;
  ps->size++;
}

在这里，由于还有头插和位置插入，所以就写一个函数来进行增加容量；每次容量增加3；尾插只需要在size下标进行赋值，最后再把size++即可；

我们写一个打印函数验证一下：

void SLPrint(SL* ps)
{
  assert(ps);
  for (int i = 0; i < ps->size; i++)
  {
    printf("%d ", ps->a[i]);
  }
  printf("\n");
}

然后在主函数中加以验证：

#include"SeqList.h"
int main()
{
  SL test;
  SLInit(&test);
  SLPushBack(&test, 1);
  SLPushBack(&test, 2);
  SLPushBack(&test, 3);
  SLPushBack(&test, 4);
  SLPushBack(&test, 5);
  SLPrint(&test);
  return 0;
}

尾删

void SLPopBack(SL* ps)
{
  assert(ps->size > 0);
  ps->size--;
}

验证：

int main()
{
  SL test;
  SLInit(&test);
  SLPushBack(&test, 1);
  SLPushBack(&test, 2);
  SLPushBack(&test, 3);
  SLPushBack(&test, 4);
  SLPushBack(&test, 5);
  SLPrint(&test);
  SLPopBack(&test);
  SLPrint(&test);
  return 0;
}

头插

void SLPushFront(SL* ps, SLTypeData x)
{
  assert(ps);
  //满扩容
  if (ps->size == ps->capacity)
  {
    AddCapacity(ps);
  }
  //往后移
  for (int i = ps->size; i > 0; i--)
  {
    ps->a[i] = ps->a[i-1];
  }
  //头插
  ps->a[0] = x;
  ps->size++;
}

这里要插入需要对当前数组进行挪移，给第一个元素腾出空间存储；

验证：

int main()
{
  SL test;
  SLInit(&test);
  SLPushFront(&test, 1);
  SLPushFront(&test, 2);
  SLPushFront(&test, 3);
  SLPushFront(&test, 4);
  SLPushFront(&test, 5);
  
  SLPrint(&test);
  return 0;
}

头删

void SLPopFront(SL* ps)
{
  assert(ps);
  //判断
  assert(ps->size > 0);
  //左移
  for (int i = 0; i < ps->size - 1; i++)
  {
    ps->a[i] = ps->a[i + 1];
  }
  //size减1
  ps->size--;
}

头一个元素删完之后，需要将后面元素向前移动；最后将size–;

验证：

int main()
{
  SL test;
  SLInit(&test);
  SLPushFront(&test, 1);
  SLPushFront(&test, 2);
  SLPushFront(&test, 3);
  SLPushFront(&test, 4);
  SLPushFront(&test, 5);
  SLPrint(&test);
  SLPopFront(&test);
  SLPrint(&test);
  return 0;
}

指定位置插入

//起始位置为1，例如pos=1，那么就是在下标为0的位置插入
void SLInsert(SL* ps, int pos, SLTypeData x)
{
  assert(ps);
  assert(pos > 0 && pos <= ps->size + 1); //指定pos范围
  //满扩容
  if (ps->size == ps->capacity)
  {
    AddCapacity(ps);
  }
  //位置后移
  for (int i = ps->size; i > pos - 1; i--)
  {
    ps->a[i] = ps->a[i - 1];
  }
  //插入
  ps->a[pos - 1] = x;
  ps->size++;
}

验证：

int main()
{
  SL test;
  SLInit(&test);
  SLPushFront(&test, 1);
  SLPushFront(&test, 2);
  SLPushFront(&test, 3);
  SLPushFront(&test, 4);
  SLPushFront(&test, 5);
  SLPrint(&test);
  SLInsert(&test, 3, 88);
  SLPrint(&test);
  
  return 0;
}

指定位置删除

void SLErase(SL* ps, int pos)
{
  assert(ps);
  assert(pos > 0 && pos <= ps->size);//指定pos范围
  //左移
  for (int i = pos - 1; i < ps->size-1; i++)
  {
    ps->a[i] = ps->a[i + 1];
  }
  ps->size--;
}

验证：

int main()
{
  SL test;
  SLInit(&test);
  SLPushFront(&test, 1);
  SLPushFront(&test, 2);
  SLPushFront(&test, 3);
  SLPushFront(&test, 4);
  SLPushFront(&test, 5);
  SLPrint(&test);
  SLInsert(&test, 3, 88);
  SLPrint(&test);
  SLErase(&test, 4);
  SLPrint(&test);
  
  return 0;
}

查找

查找对应的元素，如果有多个元素一样，返回的是最左边的元素；

返回的初始位置为1，例如下标为0，那么返回位置为1；

int SLFind(SL* ps, SLTypeData x)
{
  assert(ps);
  for (int i = 0; i < ps->size; i++)
  {
    if (ps->a[i] == x)
    {
      return i+1;
    }
  }
  return -1;
}

验证：

int main()
{
  SL test;
  SLInit(&test);
  SLPushFront(&test, 1);
  SLPushFront(&test, 2);
  SLPushFront(&test, 3);
  SLPushFront(&test, 4);
  SLPushFront(&test, 5);
  SLPrint(&test);
  int pos = SLFind(&test, 3);
  printf("3的位置是%d", pos);
  
  return 0;
}

摧毁

void SLDestory(SL* ps)
{
  free(ps->a);
  ps->a = NULL;
  ps->size = ps->capacity = 0;
}

验证：

int main()
{
  SL test;
  SLInit(&test);
  SLPushFront(&test, 1);
  SLPushFront(&test, 2);
  SLPushFront(&test, 3);
  SLPushFront(&test, 4);
  SLPushFront(&test, 5);
  SLPrint(&test);
  SLDestory(&test);
  SLPrint(&test);
  
  return 0;
}

完整代码

SeqList.h

#pragma once
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
//动态顺序表
typedef int SLTypeData;
typedef struct SeqList
{
  SLTypeData* a;
  int size;  //有效个数
  int capacity;  //空间大小
}SL;
void SLInit(SL* ps);//顺序表初始化
void SLDestory(SL* ps);//顺序表摧毁
void SLPushBack(SL* ps, SLTypeData x);//尾插
void SLPopBack(SL* ps);//尾删
void SLPushFront(SL* ps, SLTypeData x);//头插
void SLPopFront(SL* ps);//头删
int SLFind(SL* ps, SLTypeData x);//查找
void SLInsert(SL* ps, int pos, SLTypeData x);//插入
void SLErase(SL* ps, int pos);//删除
void SLPrint(SL* ps);//打印

SeqList.c

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "SeqList.h"
void SLInit(SL* ps)
{
  assert(ps);
  ps->a = (SLTypeData*)malloc(sizeof(SLTypeData) * 4);
  if (ps->a == NULL)
  {
    perror("malloc failed");
    exit(-1);
  }
  ps->size = 0;
  ps->capacity = 4;
}
void SLDestory(SL* ps)
{
  free(ps->a);
  ps->a = NULL;
  ps->size = ps->capacity = 0;
}
//满扩容
void AddCapacity(SL* ps)
{
  assert(ps);
  SLTypeData* cmp = (SLTypeData*)realloc(ps->a, sizeof(SLTypeData) * (ps->capacity + 3));
  if (cmp == NULL)
  {
    perror("realloc failed");
    exit(-1);
  }
  ps->a = cmp;
  ps->capacity += 3;
}
void SLPushBack(SL* ps, SLTypeData x)
{
  //满需要扩容
  if (ps->size == ps->capacity)
  {
    AddCapacity(ps);
  }
  //开始尾插
  ps->a[ps->size] = x;
  ps->size++;
}
void SLPopBack(SL* ps)
{
  assert(ps->size > 0);
  ps->size--;
}
void SLPushFront(SL* ps, SLTypeData x)
{
  assert(ps);
  //满扩容
  if (ps->size == ps->capacity)
  {
    AddCapacity(ps);
  }
  //往后移
  for (int i = ps->size; i > 0; i--)
  {
    ps->a[i] = ps->a[i-1];
  }
  //头插
  ps->a[0] = x;
  ps->size++;
}
void SLPopFront(SL* ps)
{
  assert(ps);
  //判断
  assert(ps->size > 0);
  //左移
  for (int i = 0; i < ps->size - 1; i++)
  {
    ps->a[i] = ps->a[i + 1];
  }
  //size减1
  ps->size--;
}
int SLFind(SL* ps, SLTypeData x)
{
  assert(ps);
  for (int i = 0; i < ps->size; i++)
  {
    if (ps->a[i] == x)
    {
      return i+1;
    }
  }
  return -1;
}
void SLInsert(SL* ps, int pos, SLTypeData x)
{
  assert(ps);
  assert(pos > 0 && pos <= ps->size + 1);
  //满扩容
  if (ps->size == ps->capacity)
  {
    AddCapacity(ps);
  }
  //位置后移
  for (int i = ps->size; i > pos - 1; i--)
  {
    ps->a[i] = ps->a[i - 1];
  }
  //插入
  ps->a[pos - 1] = x;
  ps->size++;
}
void SLErase(SL* ps, int pos)
{
  assert(ps);
  assert(pos > 0 && pos <= ps->size);
  assert(pos > 0);
  //左移
  for (int i = pos - 1; i < ps->size-1; i++)
  {
    ps->a[i] = ps->a[i + 1];
  }
  ps->size--;
}
void SLPrint(SL* ps)
{
  assert(ps);
  for (int i = 0; i < ps->size; i++)
  {
    printf("%d ", ps->a[i]);
  }
  printf("\n");
}

test.c

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"SeqList.h"
int main()
{
  SL test;
  SLInit(&test);
  SLPushFront(&test, 1);
  SLPushFront(&test, 2);
  SLPushFront(&test, 3);
  SLPushFront(&test, 4);
  SLPushFront(&test, 5);
  SLPrint(&test);
  SLDestory(&test);
  SLPrint(&test);
  
  return 0;
}
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数据结构顺序表
数据结构动态顺序表
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