【数据结构初阶】--- 顺序表

news2024/11/17 10:55:27

顺序表，好像学C语言时从来没听过，实际上就是给数组穿了层衣服，本质是一模一样的。
这里的顺序表实际是定义了一个结构体，设计各种函数来实现它的功能，比如说数组中的增删改查插入，这些基本操作其实平时就会在使用数组的时候用到。
那么，今天就带你深度剖析线性表（数组）的底层原理
这节知识只是个开胃菜，但也属于要必备的知识，所以各位同学不要松懈哦

引入

顺序表有静态的也有动态的

  • 静态顺序表，静，无非就是初始化这个静态表后，这个静态表的空间就不能变化了，例如：
 struct SeqList
* {
* 		int arr[20];
* 	    int size;
* };
  • 当初始化线性表后，这个数组存的数据就不能更改了
  • 那有人会想，我用个宏常量替换数组的大小，到时后想扩大或缩小，更改宏常量就行了
    #define N 20 int arr[N];
  • 这个想法不错，但也只能在线性表初始化之前更改，如果你初始化后，你正在使用线性表的功能时，内存不够用了怎么办

那么，接下来我所编写的代码就是动态顺序表，当你不够用内存的时候，会自动给你开辟，当看到这里，如果前面【C语言进阶】— 动态内存管理，你看过，那接下来的知识易如反掌，甚至不用看我对代码的注释就可以清楚，没看过的朋友，强烈推荐，很重要！！！数据结构会经常用到这篇的知识

1. 顺序表在内存中的存储方式

是一块连续的内存

在这里插入图片描述

2. 顺序表的定义

这里是用结构体定义了一个顺序表类型

typedef int SeqListType;//因为顺序表中存储的数据不见得都是int型，也可能是别的类型数据，所以,想存放别的数据时只需把int换成你想存的数据的类型

//动态顺序表
typedef struct SeqList
{
	SeqListType* data;//指针指向的是SeqListType这个类型的数据
	int size;//记录当前有效储存数据的个数
	int capacity;//data开辟数组空间的容量
}SeqList;

初始化、销毁、打印功能

//初始化顺序表（开辟空间，赋初值）
void SLInit(SeqList* ps)
{
	//开辟一块大小为sizeof(SeqListType) * 4的内存，并把首地址传给指针ps->data
	ps->data = (SeqListType*)malloc(sizeof(SeqListType) * 4);
	if (ps->data == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return;
	}
	ps->size = 0;
	ps->capacity = 4;
}
//销毁空间，因为是在堆区开辟的数据，用完要用free函数释放
void SLDestory(SeqList* ps)
{
	free(ps->data);
	ps->data = NULL;
	ps->size = 0;
	ps->capacity = 0;
}

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

3. 顺序表的功能实现

扩容功能，先跳过看头插法

//检查容量，不足顺便扩容
void CheckCapacity(SeqList* ps)
{
	if (ps->capacity == ps->size)
	{
		//用realloc给ps->data开辟一个原来2倍的空间
		SeqListType* new_ps = (SeqListType*)realloc(ps->data,sizeof(SeqListType)*ps->capacity * 2);
		if (new_ps != NULL)//判断返是否开辟成功，若为NULL则开辟失败
		{
			ps->data = new_ps;
			new_ps = NULL;
			ps->capacity *= 2;
		}
		else
		{
			perror("realloc");
			return;
		}
	}
}

3.1 头插法、尾插法

//头插法
void SLPushFront(SeqList* ps, SeqListType x)
{
	//检查目前容量，不足就扩容
	CheckCapacity(ps);

	for (int i = ps->size - 1; i >= 0; i--)
	{
		ps->data[i + 1] = ps->data[i];
	}

	ps->data[0] = x;
	ps->size++;
}

//尾插法
void SLPushBack(SeqList* ps, SeqListType x)
{
	CheckCapacity(ps);

	ps->data[ps->size] = x;
	ps->size++;
}

3.2 头删法、尾删法

//头删法
void SLPopFront(SeqList* ps)
{
	//这里断言的原因是，如果ps是空指针，for循环条件判断就会访问空指针
	assert(ps != NULL);
//*****************当size==0时，也会执行ps->size--,后续可能会造成越界访问***************
	assert(ps->size > 0);
	for (int i = 1; i < ps->size; i++)
	{
		ps->data[i - 1] = ps->data[i];
	}
	ps->size--;
}
//尾删法
void SLPopBack(SeqList* ps)
{
	assert(ps != NULL);
	assert(ps->size > 0);
	ps->size--;
}

3.3 给指定位置插入数据

void SLInsert(SeqList* ps, int position, SeqListType x)
{
	assert(ps != NULL);
	//判断给的位置是否越界，若越界，程序执行完会告诉你这里出的问题
	assert(position >= 1 && position <= ps->size);

	CheckCapacity(ps);

	for (int i = ps->size - 1; i >= position - 1; i--)
	{
		ps->data[i + 1] = ps->data[i];
	}
	ps->data[position - 1] = x;
	ps->size++;
}

3.4 指定位置删除数据

void SLErase(SeqList* ps, int position)
{
	assert(ps != NULL);
	assert(position >= 1 && position <= ps->size);
	assert(ps->size > 0);

	for (int i = position; i < ps->size; i++)
	{
		ps->data[i - 1] = ps->data[i];
	}
	ps->size--;
}

3.5 查找指定数据

int SLFind(SeqList* ps, SeqListType x)
{
	assert(ps != NULL);

	for (int i = 0; i < ps->size; i++)
	{
		if (ps->data[i] == x)
			return i;
	}
	return -1;
}

4.顺序表的优缺点

4.1 优点

因为它跟数组一样可以进行下表访问，所以当你要查询数据时时间复杂度为O(1)，是常数级，访问速度很快很方便，这与它的内存是一片连续的内存密切相关，因为当你访问数组下标为i的数据时，arr[i]本质是*(arr+i)，首元素地址+i解引用

4.3 缺点

也正因它的内存是连续的，所以当你要删除、插入数据时必须要移动后面的数据，时间复杂度是O(N)级别的。

5 完整代码

5.1 头文件 SeqList.h 中的代码

#pragma once

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>

typedef int SeqListType;

//动态顺序表
typedef struct SeqList
{
	SeqListType* data;
	int size;
	int capacity;
}SeqList;

//初始化顺序表
void SLInit(SeqList* ps);
//销毁顺序表
void SLDestory(SeqList* ps);
//打印顺序表
void SLPrint(SeqList* ps);
//头插法插入数据
void SLPushFront(SeqList* ps, SeqListType x);
//尾插法
void SLPushBack(SeqList* ps, SeqListType x);
//头删法
void SLPopFront(SeqList* ps);
//尾删法
void SLPopBack(SeqList* ps);
//指定位置插入数据
void SLInsert(SeqList* ps, int position, SeqListType x);
//指定位置删除
void SLErase(SeqList* ps, int position);
//查找数据
int SLFind(SeqList* ps, SeqListType x);

5.2 函数实现的文件 SeqList.c

#define	_CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include"SeqList.h"

void SLInit(SeqList* ps)
{
	ps->data = (SeqListType*)malloc(sizeof(SeqListType) * 4);
	if (ps->data == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return;
	}
	ps->size = 0;
	ps->capacity = 4;
}

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

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

//检查容量，不足顺便扩容
void CheckCapacity(SeqList* ps)
{
	if (ps->capacity == ps->size)
	{
		//用realloc给ps->data开辟一个原来2倍的空间
		SeqListType* new_ps = (SeqListType*)realloc(ps->data,sizeof(SeqListType)*ps->capacity * 2);
		if (new_ps != NULL)
		{
			ps->data = new_ps;
			new_ps = NULL;
			ps->capacity *= 2;
		}
		else
		{
			perror("realloc");
			return;
		}
	}
}

void SLPushFront(SeqList* ps, SeqListType x)
{
	//检查目前容量，不足就扩容
	CheckCapacity(ps);

	for (int i = ps->size - 1; i >= 0; i--)
	{
		ps->data[i + 1] = ps->data[i];
	}

	ps->data[0] = x;
	ps->size++;


}
//尾插法
void SLPushBack(SeqList* ps, SeqListType x)
{
	CheckCapacity(ps);

	ps->data[ps->size] = x;
	ps->size++;
}

void SLPopFront(SeqList* ps)
{
	//这里断言的原因是，如果ps是空指针，for循环条件判断就会访问空指针
	assert(ps != NULL);
//*****************当size==0时，也会执行ps->size--,后续可能会造成越界访问***************
	assert(ps->size > 0);
	for (int i = 1; i < ps->size; i++)
	{
		ps->data[i - 1] = ps->data[i];
	}
	ps->size--;
}
//尾删法
void SLPopBack(SeqList* ps)
{
	assert(ps != NULL);
	assert(ps->size > 0);
	ps->size--;
}

void SLInsert(SeqList* ps, int position, SeqListType x)
{
	assert(ps != NULL);
	assert(position >= 1 && position <= ps->size);

	CheckCapacity(ps);

	for (int i = ps->size - 1; i >= position - 1; i--)
	{
		ps->data[i + 1] = ps->data[i];
	}
	ps->data[position - 1] = x;
	ps->size++;
}

void SLErase(SeqList* ps, int position)
{
	assert(ps != NULL);
	assert(position >= 1 && position <= ps->size);
	assert(ps->size > 0);

	for (int i = position; i < ps->size; i++)
	{
		ps->data[i - 1] = ps->data[i];
	}
	ps->size--;
}

int SLFind(SeqList* ps, SeqListType x)
{
	assert(ps != NULL);

	for (int i = 0; i < ps->size; i++)
	{
		if (ps->data[i] == x)
			return i;
	}
	return -1;
}

这两套代码不能直接运行，主函数int main(){}中的内容自己写，就剩调用函数了，让自己动动手敲几行代码吧，好的程序员一定是需要实践的，尽管顺序表这一节相对不难，但里面有些边界值的判断，只有你亲手敲代码的时候才能真正进入思考，加油各位！

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