嵌入式学习——数据结构—

线性表的定义

线性表是零个或多个数据元素的有限序列，元素之间具有顺序性，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和一个后继。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

创建：SeqList *CreateSeqList(int len)用于创建一个指定长度的线性表，分配相应的内存空间。
销毁：int DestroySeqList(SeqList *list)释放线性表所占用的内存，防止内存泄漏。
展示：int ShowSeqList(SeqList *list)可以将线性表中的元素信息展示出来，方便查看数据。
尾部插入：int InsertTailSeqList(SeqList *list, DATATYPE data)在表的尾部添加新元素，实现数据的扩充。
判断是否已满：int IsFullSeqList(SeqList *list)检查线性表是否已经达到存储上限。
判断是否为空：int IsEmptySeqList(SeqList *list)用于判断线性表是否为空表。
指定位置插入：int InsertPosSeqList(SeqList *list, DATATYPE data, int pos)可以在指定位置插入元素，需要移动插入位置后的元素。
查找：int FindSeqList(SeqList *list, char *name)根据元素的某个特征（如姓名）在线性表中查找元素的位置。
修改：int ModifySeqList(SeqList *list, char *old, DATATYPE new)根据特定条件（如旧的元素值）修改线性表中的元素。
删除：int DeleteSeqList(SeqList *list, char *name)根据元素特征（如姓名）删除相应的元素，删除后也需要移动元素来填补空缺。
清空：int ClearSeqList(SeqList *list)将线性表中的所有元素删除，使线性表变为空表。

线性表顺序存储的优缺点

优点
- 无需额外存储逻辑关系：因为数据元素在物理上是连续存储的，其顺序就体现了逻辑关系，不需要额外的空间来存储元素之间的逻辑关系，节省了存储空间。
- 快速随机访问：可以直接通过数组下标在常数时间O(1)内访问任意位置的元素。例如，对于SeqList线性表，要访问第i个元素，可以直接通过list->head[i]来获取，不需要逐个元素遍历。
缺点
- 插入和删除操作复杂：当需要插入或删除一个元素时，需要移动插入或删除位置之后的所有元素。例如，在一个长度为n的线性表中，在第i个位置插入一个元素，需要将第i个及之后的元素都向后移动一位，平均需要移动n/2个元素，时间复杂度为O(n)。
- 无法动态存储：在创建线性表时需要预先指定其长度，在运行过程中不能根据实际需要动态地增加或减少存储空间。如果一开始估计的长度过小，可能导致数据无法全部存储；如果估计的长度过大，则会浪费存储空间。

代码示例

`seqlist.h`

#ifndef SEQLIST_H
#define SEQLIST_H

// 定义一个存储人员信息的数据类型
typedef struct person {
    char name[32];
    char gender;
    int age;
    int score;
}DATATYPE;

// 定义线性表的结构体
typedef struct list {
    // 指向存储数据元素的数组的指针
    DATATYPE *head;
    // 线性表的总长度
    int tlen;
    // 当前线性表中元素的个数
    int clen;
}SeqList;

// 创建一个指定长度的线性表
SeqList *CreateSeqList(int len);
// 销毁线性表，释放内存
int DestroySeqList(SeqList *list);
// 展示线性表中的所有元素信息
int ShowSeqList(SeqList *list);
// 在线性表尾部插入一个元素
int InsertTailSeqList(SeqList *list, DATATYPE *data);
// 判断线性表是否已满
int IsFullSeqList(SeqList *list);
// 判断线性表是否为空
int IsEmptySeqList(SeqList *list);
// 在指定位置插入一个元素
int InsertPosSeqList(SeqList *list, DATATYPE *data, int pos);
// 根据姓名查找元素在线性表中的位置
int FindSeqList(SeqList *list, char *name);
// 根据旧元素的值修改为新元素的值
int ModifySeqList(SeqList *list, char *old, DATATYPE *newdata);
// 根据姓名删除线性表中的元素
int DeleteSeqList(SeqList *list, char *name);
// 清空线性表中的所有元素
int ClearSeqList(SeqList *list);
// 获取线性表中元素的个数
int GetSizeSeqList(SeqList*list);
// 获取线性表中指定位置的元素
DATATYPE* GetItemSeqList(SeqList*list,int pos);

#endif // SEQLIST_H

`seqlist.c`

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

// 创建一个长度为 len 的线性表
SeqList *CreateSeqList(int len)
{
    // 为 SeqList 结构体分配内存空间
    SeqList* sl = malloc(sizeof(SeqList));
    if(NULL == sl)
    {
        // 如果内存分配失败，输出错误信息
        perror("CreateSeqList malloc");
        return NULL;
    }
    // 为存储数据元素的数组分配内存空间
    sl->head = malloc(sizeof(DATATYPE)*len);
    if(NULL == sl->head)
    {
        perror("CreateSeqList malloc2");
        // 如果内存分配失败，释放之前为 SeqList 结构体分配的内存
        free(sl);
        return NULL;
    }

    // 初始化当前元素个数为 0，总长度为指定长度
    sl->clen = 0;
    sl->tlen = len;
    return sl;
}


// 销毁线性表，释放内存
int DestroySeqList(SeqList *list)
{
    if (list!= NULL)
    {
        // 释放存储数据元素的数组的内存
        if (list->head!= NULL)
        {
            free(list->head);
        }
        // 释放 SeqList 结构体的内存
        free(list);
    }
    return 0;
}

// 在线性表的尾部插入一个元素
int InsertTailSeqList(SeqList *list, DATATYPE *data)
{
    // 如果线性表已满，则输出提示信息并返回 1
    if(IsFullSeqList(list))
    {
        printf("list is full\n");
        return 1;
    }
    // 将数据元素复制到线性表的尾部
    memcpy(&list->head[list->clen],data,sizeof(DATATYPE));
    // 当前元素个数加 1
    list->clen++;
    return 0;
}

// 判断线性表是否已满
int IsFullSeqList(SeqList *list)
{
    // 如果当前元素个数等于总长度，则表示线性表已满
    return list->clen == list->tlen;
}

// 判断线性表是否为空
int IsEmptySeqList(SeqList *list)
{
    // 如果当前元素个数为 0，则表示线性表为空
    return 0 == list->clen;
}

// 展示线性表中的所有元素信息
int ShowSeqList(SeqList *list)
{
    int i = 0 ;
    int len = GetSizeSeqList(list);
    for(i=0;i<len;i++)
    {
        printf("name:%s gender:%c age:%d score:%d\n",list->head[i].name
              ,list->head[i].gender,list->head[i].age,list->head[i].score);
    }
    return 0;
}

// 获取线性表中元素的个数
int GetSizeSeqList(SeqList *list)
{
    return list->clen;
}

// 根据姓名查找元素在线性表中的位置
int FindSeqList(SeqList *list, char *name)
{
    int i = 0 ;
    int len = GetSizeSeqList(list);
    for(i =0 ;i<len;i++)
    {
        // 比较姓名是否相等，如果相等则返回当前位置
        if(0==strcmp(list->head[i].name,name))
        {
            return i;
        }

    }
    // 如果没有找到匹配的姓名，则返回 -1
    return -1;
}

// 获取线性表中指定位置的元素
DATATYPE *GetItemSeqList(SeqList *list, int pos)
{
    int len = GetSizeSeqList(list);
    // 如果位置不合法，则返回 NULL
    if(pos<0||pos>=len)
    {
        return NULL;
    }
    // 返回指定位置的元素的指针
    return &list->head[pos];
}

// 根据旧元素的值修改为新元素的值
int ModifySeqList(SeqList *list, char *old, DATATYPE *newdata)
{
    int ret = FindSeqList(list,old);
    // 如果没有找到旧元素，则返回 1
    if(-1 == ret)
    {
        return 1;
    }
    // 将新元素复制到找到的旧元素的位置
    memcpy(&list->head[ret],newdata,sizeof(DATATYPE));
    return 0;
}

// 在指定位置插入一个元素
int InsertPosSeqList(SeqList *list, DATATYPE *data, int pos)
{
    int len = GetSizeSeqList(list);
    // 如果位置不合法，则返回 1
    if(pos<0||pos>len)
    {
        return 1;
    }
    // 将插入位置及之后的元素向后移动一位
    for(int i=list->clen;i!=pos ;i--)
    {
        list->head[i]= list->head[i-1];
    }
    // 将新元素插入到指定位置
    memcpy(&list->head[pos],data,sizeof(DATATYPE));
    // 当前元素个数加 1
    list->clen++;
    return 0;
}

`main.c`

#include <stdio.h>
#include "seqlist.h"
int main()
{
    // 定义一个包含人员信息的数组
    DATATYPE data[]={
        {"zhangsan",'m',20,80},
        {"lisi",'f',21,82},
        {"wangmazi",'f',22,70},
        {"lao6",'f',30,70},
        {"zhaosi",'f',30,50},
    };

    // 创建一个长度为 10 的线性表
    SeqList*sl=  CreateSeqList(10);
    // 向线性表尾部插入三个元素
    InsertTailSeqList(sl,&data[0]);
    InsertTailSeqList(sl,&data[1]);
    InsertTailSeqList(sl,&data[2]);

    // 展示线性表中的所有元素信息
    ShowSeqList(sl);

    printf("--------find----------\n");
    char want_name[50]="li2si";
    // 在线性表中查找指定姓名的元素的位置
    int ret = FindSeqList(sl,want_name);
    if(-1 == ret)
    {
        printf("can't find %s\n",want_name);
    }
    else
    {
        // 获取查找到的元素的指针并输出其信息
        DATATYPE* find_data = GetItemSeqList(sl,ret);
        printf("name:%s score:%d\n",find_data->name,find_data->score);
    }

    printf("--------modify----------\n");
    // 修改线性表中指定姓名的元素的值
    ModifySeqList(sl,"lisi",&data[3]);
    ShowSeqList(sl);

    printf("--------ins pos----------\n");
    // 在指定位置插入一个元素
    InsertPosSeqList(sl,&data[4],2);
    ShowSeqList(sl);


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