顺序表的定义
顺序表(SeqList)属于线性表的同一种,它同样具有线性的存储结构,以下是百度百科关于顺序表的定义:
总结下来,
在结构上,顺序表实际上的底层结构就是数组,而顺序表本身也就是对一个数组的封装以及修饰;
在元素上,顺序表实际上就是元素之间逻辑关系和物理关系一致的一种线性表,与其对应的是链表(后续会谈及)。
下面针对这两个方面具体解释什么是顺序表。
结构上
顺序表的底层结构通常是通过数组来实现的。数组是一种连续存储数据元素的数据结构,可以通过下标来访问数组中的元素。在顺序表中,数组的下标对应顺序表中元素的位置,通过数组的下标可以快速定位和访问顺序表中的元素。
顺序表通过数组来实现的优点是可以快速随机访问元素,插入和删除操作相对简单。需要注意,数组的大小是固定的,是不能随便改变大小的。
而基于数组的大小限制,我们将顺序表也就分为了两种:静态顺序表和动态顺序表。
顾名思义,静态顺序表就是不能改变大小的顺序表,而动态则可以改变。
静态顺序表使用定长数组存储元素。
#define N 10 typedef int SLDataType typedef struct SeqList_Static { SLDataType a[N] int size; }SL; //无法改变空间大小,给大或者给小都会造成存储上的缺陷
动态顺序表按照需求申请空间容量。
#define INIT_CAPACITY 4 typedef int SLDataType; typedef struct SeqList { SLDataType* a; int size; // 有效数据个数 int capacity; // 空间容量 }SL; //可以根据需求改变空间容量
总的来说,由于动态顺序表的特点,在需要频繁改变数组元素的场景,其的使用频率会远远大于静态顺序表,而实际上,在任何时候动态顺序表都是相对于静态更好的选择,毕竟它除了相较于静态的优点,其他同静态并无差异。
顺序表乃至整个线性表都需要初定义的存储空间,然而在存储的过程中,动态的存储往往是比静态存储要利大于弊的,所以我们在今后的使用之中,也应该尽量使用动态。
元素上
我们先来介绍逻辑结构以及顺序结构的基本含义。
逻辑结构
理论上,抽象的一条线,在逻辑上具有连续的关系
物理结构
物理上,具象的一条线,在物理上具有连续的关系
而顺序表在这两种结构上的特点是:
逻辑结构:线性
物理结构:线性
所以我们可以说:顺序表实际上就是元素之间逻辑关系和物理关系一致的一种线性表。
而正是由于这样的特点,关于顺序表的各种操作都会基于此来进行操作,代码的编写也会由于此而有一定的规律。
线性表的命名
SeqList:线性表
作为Sequential List的缩写。
SLDataType:自定义的数组空间
以上两个只是命名的例子之二,针对线性表的命名,通常都是在前缀或者后缀加上SeqList或者更加简短例如List、SL的缩写,这些命名规则都基于其是有关线性表的。
而像常规性的capacity、size等等这种较为普遍的命名,根据其大致英文意思即可理解其代表着什么。
命名的意义主要在于:后续操作使用的类型不必再使用int等常见类型,而是可以使用自定义命名的类型。这样大大提高了编写效率。
实际上,在代码编写中的命名都遵循着具有可读性,不繁琐不复杂的原则,所以我们应该尽量做到化繁为简,精准浓缩。
基本操作的实现
有关顺序表的操作,下方是一些举例:
//初始化 void Init(SqList& L); //取值 void Get(SqList L, int i, ElemType& e); //查找 void Find(SqList L, int i,ElemType e); //销毁 void Destroy(SqList& L); //打印 void Print(SqList& L); //顺序表的头部/尾部插入 void PushBack(SqList& L, int i, ElemType e); void PushFront(SqList& L, int i, ElemType e); //顺序表的头部/尾部删除 void PopBack(SqList& L, int i; void PopFront(SqList& L, int i); //删除指定位置数据 void Insert(SqList& L, int pos, ElemType x); void Erase(SqList& L, int pos); ...
针对上方的操作,接下来针对其中几个进行详细介绍。
初始化
基本定义
初始化的作用是给定一个空间,构造一个空的顺序表。此时的顺序表是一个空表,等待着数据存放其中。
代码跟写
Status Init(SqList& L) { L.elem = new ElemType[MAXSIZE];//分配MAXSIZE大小的空间 if (!L.elem) exit(OVERFLOW);//分配失败 L.length = 0;//空表 return OK; }
取值
基本定义
根据指定的位置序号,获取顺序表中第i个元素的值
代码跟写
Status Get(SqList L, int i, ElemType& e) { if (i<1 || i>L.length) return ERROR;//判断i是否合理 e = L.elem[i - 1];//下标-1存储第i个元素 return OK; }
查找
基本定义
根据指定的元素e,查找顺序表中第i个值与e相等的元素。查找成功则返回其位置序号,否则返回0.
代码跟写
Status Find(SqList L, int i,ElemType e) { for (i = 0; i < L.length; i++)//遍历 if (L.elem[i] == e) return i + 1;//查找成功 return 0; }
插入
基本定义
在表的头部或者尾部插入一个新的数据元素e;在表的第i个位置插入一个新的数据元素e
尾插
A.当尾部后有足够的空间时
直接插入:arr[size]
B.当已经满空间时
1.删除不需要的数据,再插入数据
2.扩大空间再插入数据:
扩充原则
a.一次扩充一个(效率低下)
b.一次扩充固定n个(相当于给一个静态顺序表,直接给n个)
c.成倍数扩充(1.5、2倍)(推荐)介于a和b方法之间,针对a:如果每次增容的空间是原来的两倍,那么在数组需要扩容时,只需要进行一次内存分配操作,而不是多次分配,这样可以减少内存分配的次数,提高程序的性能;而针对b:增容时选择按照倍数的方式增加空间,而不是一次性增加固定数量的空间,是因为按照倍数增加空间可以更好地平衡内存利用率和性能。既不多也不少刚刚好
头插
第0个位置插入元素,则需要将后续的数据统一向后挪一位
指定位置插入元素
注意的是,当我们需要指定位置插入一个新元素之前,表长会变为原来的n加上1,而这也说明了除非是插入在表的首位置或者是尾部,我们需要移动指定位置的元素来腾出位置给新元素。
代码跟写
//扩容函数,以2倍扩充 void SLCheckCapacity(SL* ps) { if (ps->size == ps->capacity) { int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;//默认空间是4,并且以2倍扩充 SLDataType* tmp = (SLDataType*)realloc(ps->arr, newCapacity * sizeof(SLDataType)); //扩充失败 if (tmp == NULL) { perror("realloc fail!"); exit(1); } //扩容成功 ps->arr = tmp; ps->capacity = newCapacity; } } //尾插 void SLPushBack(SL* ps, SLDataType x) { //首先判断是否为空表 //断言判断 //assert(ps != NULL); assert(ps); //if判断 if (ps == NULL) { return; } //判断是否需要扩容 SLCheckCapacity(ps); //空间足够,直接插入 ps->arr[ps->size++] = x; //ps->size++; } //头插 void SLPushFront(SL* ps, SLDataType x) { assert(ps); //判断是否需要扩容 SLCheckCapacity(ps); //原先的数据往后挪动一位 for (int i = ps->size; i > 0; i--) //i = 1 { ps->arr[i] = ps->arr[i - 1]; //ps->arr[1] = ps->arr[0] } ps->arr[0] = x;//在表头插入新数据 ps->size++; } //指定位置之前插入数据 void SLInsert(SL* ps, int pos, SLDataType x) { assert(ps); assert(pos >= 0 && pos <= ps->size); SLCheckCapacity(ps); //pos及之后的数据往后挪动一位,pos空出来 for (int i = ps->size; i > pos ;i--) { ps->arr[i] = ps->arr[i - 1]; //ps->arr[pos+1] = ps->arr[pos] } ps->arr[pos] = x;//插入新数据 ps->size++; }
删除
基本定义
在表的头部或者尾部删除一个或者多个数据元素;在表的第i个位置删除一个或多个数据元素
与插入相似的理解,但是删除是删除元素,表长会变为原来的n减上1(只考虑删除一个元素),而这也说明了除非是删除表的首位置或者是尾部,我们在删除元素之后需要将空出的位置补齐。
代码跟写
//尾删 void SLPopBack(SL* ps) { assert(ps); assert(ps->size); //顺序表不为空 //ps->arr[ps->size - 1] = -1; ps->size--; } //头删 void SLPopFront(SL* ps) { assert(ps); assert(ps->size); //不为空执行挪动操作 for (int i = 0; i < ps->size-1 ;i++) { ps->arr[i] = ps->arr[i + 1]; } ps->size--; } //删除指定位置数据 void SLErase(SL* ps, int pos) { assert(ps); assert(pos >= 0 && pos < ps->size); //pos以后的数据往前挪动一位 for (int i = pos;i < ps->size-1;i++) { ps->arr[i] = ps->arr[i + 1];//ps->arr[i-2] = ps->arr[i-1]; } ps->size--; }
优点/缺点
优点
- 随机访问效率高:由于顺序表中的元素在内存中是连续存储的,可以通过下标直接访问任意位置的元素,时间复杂度为O(1)(查找操作)。
- 适合元素较少或固定大小的情况:顺序表的存储结构相对简单,适用于元素数量较少或者固定大小的情况。然而其实反过来看这也可以称作它的一个缺点。
- 内存利用率高:顺序表不需要额外的指针来维护元素之间的关系,内存利用率更高,也可以说是其存储密度大。
缺点
- 插入和删除操作效率低:在顺序表中插入或删除元素时,需要将插入或删除位置后的所有元素依次向后或向前移动,时间复杂度为O(n)(插入操作)。
- 不易扩展:顺序表的大小是固定的,当元素数量超过顺序表的容量时,需要重新分配更大的内存空间并将元素复制到新的空间中,操作较为复杂。
- 浪费空间:顺序表在插入和删除元素时可能会导致内存空间的浪费,因为需要预留一定的空间以容纳未来的插入元素**(插入操作)**。
针对元素较少的线性表,我们使用顺序表是足以解决问题的,但是当元素多起来,在我们进行插入或者删除等操作的时候需要移动的元素就会越多,所要消耗的时间也会越多。那我们是否有一种方法可以不需要移动元素,直接达到操作目的呢?当然是有的。
链式存储结构可以帮助我们很好地解决这个问题,它规避顺序表所需要遵循的顺序结构,而是使用指针定位到元素,这样元素之间的物理结构不再是线性,从而也能更加方便地进行存取。而关于它的详细介绍,将在下一节讲解。
定的,当元素数量超过顺序表的容量时,需要重新分配更大的内存空间并将元素复制到新的空间中,操作较为复杂。
3. 浪费空间:顺序表在插入和删除元素时可能会导致内存空间的浪费,因为需要预留一定的空间以容纳未来的插入元素**(插入操作)**。
针对元素较少的线性表,我们使用顺序表是足以解决问题的,但是当元素多起来,在我们进行插入或者删除等操作的时候需要移动的元素就会越多,所要消耗的时间也会越多。那我们是否有一种方法可以不需要移动元素,直接达到操作目的呢?当然是有的。
链式存储结构可以帮助我们很好地解决这个问题,它规避顺序表所需要遵循的顺序结构,而是使用指针定位到元素,这样元素之间的物理结构不再是线性,从而也能更加方便地进行存取。而关于它的详细介绍,将在下一节讲解。