Linux嵌入式学习——数据结构——概念和Seqlist

news2024/11/14 13:38:19

数据结构


    相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。
    

 逻辑结构

    集合,所有数据在同一个集合中,关系平等。
   

线性,数据和数据之间是一对一的关系。数组就是线性表的一种。
   

树, 一对多
  

 图,多对多      可能用在地图里a

 

物理结构(在内存当中的存储关系) 

顺序存储,数据存放在连续的存储单位中。逻辑关系和物理关系一致


  链式,数据存放的存储单位是随机或任意的,可以连续也可以不连续。

struct Per 数据元素
    {
        char name;//        数据项--》给数据赋予一定的意义
        int age;
        char phone;
    }    

            
    struct Per list[100]; //数据对象

                                     结构体集合             
        
          数据的类型,ADT    abstruct datatype  抽象数据类型
        是指一组性质相同的值的集合及定义在此集合上的一些操作的总称。
        原子类型,int,char,float
        结构类型,sturct, union,

        抽象数据类型, 数学模型 + 操作。
        
        程序 =  数据 + 算法

算法,    

是解决特定问题求解步骤的描述,计算机中表现为指令的有限序列,每条指令表示一个或多个操作

 算法的特征,

 1,输入,输出特性,输入时可选的,输出时必须的。(输出是必须有某个东西会改变)
    2,有穷性,执行的步骤会自动结束,不能是死循环,并且每一步是在可以接受的时间内完成。
    3,确定性,同一个输入,会得到唯一的输出
    4,可行性,每一个步骤都是可以实现的.
  

 算法的设计,  

 1,正确性,
        语法正确
        合法的输入能得到合理的结果。
        对非法的输入,给出满足要求的规格说明
        对精心选择,甚至刁难的测试都能正常运行,结果正确
    2,可读性,便于交流,阅读  A,理解
    3,健壮性,输入非法数据,能进行相应的处理,而不是产生异常
    4,高效,存储低,效率高 

算法时间效率度量

(1)可以忽略加法常数

O(2n + 3) = O(2n)
(2)与最高次项相乘的常数可忽略

O(2n^2) = O(n^2)
(3) 最高次项的指数大的,函数随着 n 的增长,结果也会变得增长得更快

O(n^3) > O(n^2)
(4)判断一个算法的(时间)效率时,函数中常数和其他次要项常常可以忽略,而更应该关注主项(最高阶项)的阶数

O(2n^2) = O(n^2+3n+1)
O(n^3) > O(n^2
 

算法时间复杂度
    

也就是执行这个算法所花时间的度量
    n  1  = O(n)   O(1)
    

推到时间复杂度
      

 1,用常数1 取代运行时间中的所有加法常数

  2,在修改后的运行函数中,只保留最高阶项。

  3,如果最高阶存在且不是1,则取除这个项相乘的常数。
        

3.举例:

 
  1. int i,j;

  2. for ( i = 0; i < n; ++i){

  3. for(j = i; j < n; ++j){

  4. /*时间复杂度为 O(1) 的程序步骤序列 */

  5. }

  6. }

      

 for(i=0;i<n;i++)
        {
            i=5*i;
        }
        
        for()n
        {
            for()n
        }
        O(1)<O(logn)<O(N)<O(nlogn)<O(n^2)<O(n^3)<O(2^n)<O(n!)<O(n^n)
        
        
        
        for(int i = 0 ;i<100; i = *5)
        {
            
        }

线性表

一.定义

 零个或多个数据元素的有限序列
    元素之间是有顺序了。如果存在多个元素,第一个元素无前驱,最有一个没有后继,其他的元素只有一个前驱一个后继
    当线性表元素的个数n(n>=0)定义为线性表的长度,当n=0时,为空表。在非空的表中每个元素都有一个确定的位置,如果a1是第一个元素,那么an就是第n个元素。
    
线性表的常规操作  ADT
 

typedef struct    person {
    char name[32];
    char sex;
    int age;
    int score;
}
DATATYPE;

typedef int Datatype;

typedef struct list {
    DATATYPE *head;
    int tlen;
    int clen;
}SeqList;

1. SeqList *CreateSeqList(int len);

  • 功能:创建一个长度为len的顺序表。
  • 实现思路
    • 动态分配一个足够大的内存空间(通常是len个元素加上一个可能的头部或尾部用于管理信息,如记录当前长度)。
    • 初始化顺序表的长度、容量等信息。
    • 返回指向新创建的顺序表的指针。

2. int DestroySeqList(SeqList *list);

  • 功能:销毁顺序表,释放其占用的内存。
  • 实现思路
    • 释放顺序表所占用的内存。
    • 将指针置为NULL,避免野指针问题。
    • 返回成功或失败的状态码。

3. int ShowSeqList(SeqList *list);

  • 功能:显示顺序表中的所有元素。
  • 实现思路
    • 遍历顺序表,依次打印每个元素。
    • 返回成功或失败的状态码(通常是成功)。

4. int InsertTailSeqList(SeqList *list, DATATYPE data);

  • 功能:在顺序表的尾部插入一个元素。
  • 实现思路
    • 检查顺序表是否已满。
    • 如果未满,将新元素插入到顺序表的末尾,并更新长度信息。
    • 如果已满,可能需要扩容。
    • 返回成功或失败的状态码。

5. int IsFullSeqList(SeqList *list);

  • 功能:判断顺序表是否已满。
  • 实现思路
    • 比较顺序表的当前长度与容量。
    • 如果长度等于容量,返回true(或1),否则返回false(或0)。

6. int IsEmptySeqList(SeqList *list);

  • 功能:判断顺序表是否为空。
  • 实现思路
    • 检查顺序表的当前长度是否为0。
    • 如果是,返回true(或1),否则返回false(或0)。

7. int InsertPosSeqList(SeqList *list, DATATYPE data, int pos);

  • 功能:在顺序表的指定位置pos插入一个元素。
  • 实现思路
    • 检查位置pos是否有效(即在0到长度之间)。
    • 如果有效,将pos及其之后的所有元素向后移动一位,为新元素腾出空间。
    • pos位置插入新元素,并更新长度信息。
    • 如果顺序表已满,可能需要扩容。
    • 返回成功或失败的状态码。

8. int FindSeqList(SeqList *list, char *name);

  • 注意:这里假设顺序表存储的是某种具有名称的对象,且DATATYPE可能不是直接相关的。这个函数的具体实现取决于SeqListDATATYPE的具体定义。
  • 功能:在顺序表中查找具有指定名称的元素。
  • 实现思路
    • 遍历顺序表,检查每个元素的名称是否与name匹配。
    • 如果找到匹配项,返回其位置(或某种表示找到的信息)。
    • 如果遍历结束仍未找到,返回未找到的信息。

9. int ModifySeqList(SeqList *list, char *old, DATATYPE new);

  • 注意:与FindSeqList类似,这里也假设顺序表存储的是具有名称的对象。
  • 功能:将顺序表中名称与old匹配的元素替换为新的值new
  • 实现思路
    • 遍历顺序表,找到名称与old匹配的元素。
    • 如果找到,将其替换为new
    • 返回成功或失败的状态码(或修改的元素数量)。

10. int DeleteSeqList(SeqList *list, char *name);

  • 功能:从顺序表中删除名称与name匹配的元素。
  • 实现思路
    • 遍历顺序表,找到名称与name匹配的元素。
    • 如果找到,将该元素之后的所有元素向前移动一位,以覆盖被删除的元素。
    • 更新顺序表的长度信息。
    • 返回成功

11.清楚顺序表。

示例代码:

sqelist.h

#ifndef SEQLIST_H
#define SEQLIST_H


typedef struct{
    char name[32];
    char sex;
    int age;
    int score;
}DATATYPE;
//typedef int Datatype;
typedef struct list {
    DATATYPE *head;
    int tlen;
    int clen;
}SeqList;

SeqList* CreateSeqList(int size);
int DestroySeqList(SeqList*sl);
int InsertTailSeqList(SeqList *list, DATATYPE *data);
int IsFullSeqList(SeqList *list);
int IsEmptySeqList(SeqList *list);
int ShowSeqList(SeqList* list);
int GetSizeSeqList(SeqList* list);
int FindSeqList(SeqList *list, char *name);
DATATYPE* GetSeqListItem(SeqList *list,int ind);
int InsertPosSeqList(SeqList *list, DATATYPE *data, int pos);
int ModifySeqList(SeqList *list, char *old, DATATYPE *newdata);
int DeleteSeqList(SeqList *list, char *name);
int ClearSeqList(SeqList *list);
#endif // SEQLIST_H

seqlist.c

#include "seqlist.h"
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
SeqList *CreateSeqList(int size)
{
    if(size<=0)
    {
        fprintf(stderr,"size is error,range >1");
        return NULL;
    }
    SeqList* sl = ( SeqList*)malloc(sizeof(SeqList));
    if(NULL == sl)
    {
        perror("CreateSeqList malloc");
        exit(1);
    }

    sl->head = (DATATYPE*)malloc(sizeof(DATATYPE)*size);
    if(NULL == sl->head)
    {
        perror("CreateSeqList malloc");
        exit(1);
    }

    sl->tlen = size;
    sl->clen = 0;
    return sl;
}


int DestroySeqList(SeqList *sl)
{
    if(NULL == sl)
    {
        fprintf(stderr,"SeqList point not NULL");
        return 1;
    }
    if(sl->head)
        free(sl->head);
    free(sl);
    return 0;
}

int InsertTailSeqList(SeqList *list, DATATYPE *data)
{
    if(NULL == list)
    {
        fprintf(stderr,"InsertTailSeqList error,list is null\n");
        return -1;
    }

    if(IsFullSeqList(list))
    {
        fprintf(stderr,"InsertTailSeqList error ,seqlist is full\n");
        return 1;
    }
    //list->head[list->clen] = *data;
    memcpy(&list->head[list->clen] , data,sizeof(DATATYPE));
    list->clen++;
    return 0;
}

int IsFullSeqList(SeqList *list)
{
    if(NULL == list)
    {
        fprintf(stderr,"IsFullSeqList error,list is null\n");
        return -1;
    }
    return list->clen == list->tlen;
}

int IsEmptySeqList(SeqList *list)
{
    return 0==list->clen;
}

int ShowSeqList(SeqList *list)
{
    if(NULL == list)
    {
        fprintf(stderr,"list error,list is null\n");
        return -1;
    }
    int i = 0 ;
    int len = GetSizeSeqList(list);
    for(i=0;i<len;i++)
    {
        printf("name:%s sex:%c age:%d score:%d\n",list->head[i].name,list->head[i].sex,list->head[i].age
               ,list->head[i].score);
    }
    return 0;
}

int GetSizeSeqList(SeqList *list)
{
    if(NULL == list)
    {
        fprintf(stderr,"GetSizeSeqList error,list is null\n");
        return -1;
    }
    return list->clen;
}

int FindSeqList(SeqList *list, char *name)
{
    if(NULL == list)
    {
        fprintf(stderr,"FindSeqList error,list is null\n");
        return 1;
    }
    if(IsEmptySeqList(list))
    {
        fprintf(stderr,"FindSeqList error,seqlist is empty\n");
        return -1;
    }
    int len = GetSizeSeqList(list);
    int i = 0 ;
    for(i=0;i<len;i++)
    {
        if(0==strcmp(list->head[i].name,name))
        {

            return i;
        }
    }
    return -1;

}

DATATYPE *GetSeqListItem(SeqList *list, int ind)
{
    if(NULL == list)
    {
        fprintf(stderr,"seqlist is NULL\n");
        return NULL;
    }
    if(ind<0 || ind>GetSizeSeqList(list))
    {
        fprintf(stderr,"index is error . range>0  && <size\n");
        return NULL;

    }
    return &list->head[ind];
}

int InsertPosSeqList(SeqList *list, DATATYPE *data, int pos)
{

    if(NULL == list)
    {
        fprintf(stderr,"list is null\n");
        return 1;
    }
    if(IsFullSeqList(list))
    {
        fprintf(stderr,"list is full\n");
        return 1;
    }
    if(pos<0 ||pos>GetSizeSeqList(list))
    {
        fprintf(stderr,"pos is error\n");
        return 1;
    }

    int i = 0 ;

    for(i =GetSizeSeqList(list); i>=pos ; i-- )
    {
        memcpy(&list->head[i],&list->head[i-1],sizeof(DATATYPE));

    }
    memcpy(&list->head[pos],data,sizeof(DATATYPE));
    list->clen++;
    return 0;
}

int ModifySeqList(SeqList *list, char *old, DATATYPE *newdata)
{
    if(NULL == list)
    {
        fprintf(stderr,"ModifySeqList error,list is null\n");
        return 1;
    }
    int ret = FindSeqList(list,old);
    if(-1 == ret)
    {
        fprintf(stderr,"modify error,can't find\n");
        return 1;
    }
    DATATYPE* tmp = GetSeqListItem(list,ret);
    memcpy(tmp,newdata,sizeof(DATATYPE));
    return 0;
}

int DeleteSeqList(SeqList *list, char *name)
{
    if(NULL == list)
    {
        fprintf(stderr,"DeleteSeqList error,list is null\n");
        return 1;
    }
    int ret = FindSeqList(list,name);
    if(-1 == ret)
    {
        return 1;
    }
    else
    {
        int i = 0 ;
        for(i =ret; i <GetSizeSeqList(list)-1 ; i++)
        {
            memcpy(&list->head[i] ,&list->head[i+1],sizeof(DATATYPE));
        }
    }

    list->clen--;
    return 0 ;
}

int CleanSeqList(SeqList *list)
{
    if(NULL == list)
    {
        fprintf(stderr,"CleanSeqList error,list is null\n");
        return 1;
    }
    list->clen = 0 ;
    return 0;

}

main.c

#include <stdio.h>
#include "seqlist.h"
int main()
{
    SeqList* sl = CreateSeqList(10);

    DATATYPE data[5]={
        {"zhangsan",'m',20,70},
        {"lisi",'f',21,60},
        {"wangmazi",'m',25,80},
        {"liubei",'f',30,85},
        {"caocao",'f',40,90},
    };
    InsertTailSeqList(sl,&data[0]);
    InsertTailSeqList(sl,&data[1]);
    InsertTailSeqList(sl,&data[2]);


    ShowSeqList(sl);
    //    char find_name[50]="li1si";
    //    int ret = FindSeqList(sl,find_name);
    //    if(-1 == ret)
    //    {
    //        printf("can't find person ,%s\n",find_name);
    //    }
    //    else
    //    {
    //       DATATYPE* tmp   =  GetSeqListItem(sl,ret) ;
    //       printf("name:%s score:%d\n",tmp->name,tmp->score);
    //    }
    printf("----------------pos------------------\n");
    InsertPosSeqList(sl,&data[3],3);
    ShowSeqList(sl);
    printf("----------------modify------------------\n");
    ModifySeqList(sl,"li1si",&data[4]);
    ShowSeqList(sl);
    printf("----------------del------------------\n");
    DeleteSeqList(sl,"lisi");
    ShowSeqList(sl);
    DestroySeqList(sl);
    printf("Hello World!\n");
    return 0;
}

内存泄露检测工具
sudo apt-get install valgrind
valgrind ./all

char buf[1024];

练习:

1.把dict.txt 内容放到顺序表中。
提供查询功能。找到了,显示意思。
如果没找到,显示输入错误。
#quit ,退出程序。

dict.h

#ifndef DICT_H
#define DICT_H

typedef struct
{
    char word[20];
    char meaning[1022];
    int ret;
}MSG;

typedef struct list
{
   MSG *head;
    int tlen;
    int clen;
}SeqList;

SeqList* CreateSeqList(int size);
int DestroySeqList(SeqList *sl);
int InsertTailSeqList(SeqList *list, MSG*data);
int IsFullSeqList(SeqList *list);
int IsEmptySeqList(SeqList *list);
int ShowSeqList(SeqList* list);
int GetSizeSeqList(SeqList* list);
int FindSeqList(SeqList *list, char *name);
MSG* GetSeqListItem(SeqList *list,int ind);

#endif // DICT_H

dict.c

#include "dict.h"
#include <stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>

SeqList *CreateSeqList(int size)
{
    if(size<=0)
    {
        fprintf(stderr,"size is error,range >1");
        return NULL;
    }
    SeqList* sl = ( SeqList*)malloc(sizeof(SeqList));
    if(NULL == sl)
    {
        perror("CreateSeqList malloc");
        exit(1);
    }

    sl->head = (MSG*)malloc(sizeof(MSG)*size);
    if(NULL == sl->head)
    {
        perror("CreateSeqList malloc");
        exit(1);
    }

    sl->tlen = size;
    sl->clen = 0;
    return sl;
}


int DestroySeqList(SeqList *sl)
{
    if(NULL == sl)
    {
        fprintf(stderr,"SeqList point not NULL");
        return 1;
    }
    if(sl->head)
        free(sl->head);
    free(sl);
    return 0;
}

int InsertTailSeqList(SeqList *list, MSG*msg)
{
    if(IsFullSeqList(list))
    {
        fprintf(stderr,"InsertTailSeqlist error,seqlist is full\n");
        return -1;
    }
    memcpy(&list->head[list->clen],msg,sizeof(MSG));
    list->clen++;
    return 0;
}
int IsFullSeqList(SeqList *list)
{
    return list->clen == list->tlen;
}

int IsEmptySeqList(SeqList *list)
{
    return 0==list->clen;
}
int GetSizeSeqList(SeqList *list)
{
    return list->clen;
}

int FindSeqList(SeqList *list, char *word)
{
    if(IsEmptySeqList(list))
    {
         fprintf(stderr,"FindSeqList error,seqlist is empty\n");
        return -1;
    }
    int len = GetSizeSeqList(list);
    int i = 0 ;
    for(i=0;i<len;i++)
    {
        if(0==strcmp(list->head[i].word,word))
{
            return i;
 }

    }
   return -1;
 }
MSG *GetSeqListItem(SeqList *list, int ind)
{
    if(NULL == list)
    {
        fprintf(stderr,"seqlist is NULL\n");
        return NULL;
    }
    if(ind<0 || ind>GetSizeSeqList(list))
    {
        fprintf(stderr,"index is error . range>0  && <size\n");
        return NULL;

    }
    return &list->head[ind];
}



main.c

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "dict.h"
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    SeqList* sl = CreateSeqList(20000);
    MSG msg[2000];
    FILE *fp=fopen("/home/linux/cpz/dict.txt","r");
    if(NULL==fp)
    {
        perror(" ");
        exit(1);
    }
    while(1)
    {
        bzero(&msg,sizeof(msg));
        int i=0;
      char buf[1024]={0};

        if(NULL==fgets(buf,sizeof(buf),fp))
        {
            break;
        }
        char *word = NULL;
        char *mean = NULL;
        word=strtok(buf," ");
        mean=strtok(NULL,"\r");
        strcpy(msg[i].word,word);
        strcpy(msg[i].meaning,mean);
        InsertTailSeqList(sl,&msg[i]);
    }
    while(1)
    {
    char find_word[50]={0};
    fgets(find_word,sizeof(find_word),stdin);
 find_word[strlen(find_word)-1]='\0';
 if(0==strcmp(find_word,"#quilt"))
 {
     break;
 }
    int ret = FindSeqList(sl,find_word);
    if(-1 == ret)
    {
        printf("can't find word ,%s\n",find_word);
    }
    else
    {
        MSG* tmp   =  GetSeqListItem(sl,ret) ;
        printf("word:%s mean:%s\n",tmp->word,tmp->meaning);
    }
}

        printf("Hello World!\n");
    return 0;
}

线性表顺序存储的优点,缺点

优点
    1,无需为表中的逻辑关系增加额外的存储空间
    2,可以快速随机访问元素O(1)
缺点
    1,插入,删除元素需要移动元素o(n)
    2,无法动态存储。

优点:
 

随机访问:顺序表支持随机访问,即可以通过下标快速访问表中的任意元素,访问时间复杂度为O(1)。
存储密度高:顺序表在物理存储上是连续的,因此它的存储密度高,不会出现为了存储数据元素而额外申请大量空间的情况(相较于链表等数据结构)。
空间利用率高:在顺序表扩容之前,其空间是固定的,这有助于减少空间碎片,提高空间利用率。
易于实现:顺序表的基本操作(如插入、删除、查找等)相对简单,易于理解和实现。

缺点:

插入和删除操作成本高:当在顺序表中进行插入或删除操作时,可能需要移动大量的元素以保持顺序表的连续性,特别是在表的前端或中间位置进行操作时,时间复杂度较高,最坏情况下为O(n)。
空间分配问题:顺序表在初始化时需要预先分配一定大小的存储空间,如果预估不准确,可能会导致空间浪费(分配过多)或溢出(分配不足)。虽然可以通过动态扩容来解决溢出问题,但每次扩容都需要重新分配内存并复制数据,增加了时间成本。
扩容问题:当顺序表需要扩容时,虽然可以动态申请更大的内存空间,但这个过程涉及到旧数据的复制和新空间的申请,可能会影响到程序的性能。
表的大小固定:虽然可以通过动态扩容来解决表大小固定的问题,但在某些场景下,如果需要存储的数据量非常大,而内存空间有限,那么顺序表可能就不是一个很好的选择。

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