【算法与数据结构】顺序表

news2024/9/24 11:32:45

顺序表

数据结构 = 结构定义+结构操作

顺序表：结构定义

一个数组，添加额外的几个属性：size, count等
size: 数组有多大
count: 数组中当前存储了多少元素
在这里插入图片描述
顺序表三部分：

  1. 一段连续的存储区：顺序表存储元素的地方
  2. 整型的变量size： 标记顺序表的大小
  3. 整型变量count: 标记顺序表中到底存储了多少了元素

代码

结构定义

typedef struct vector{
	int size, count;
	int *data;   // 一段连续的存储区，存储的是整型元素， data指针指向整型的存储区

}vector;

构造函数
首先开辟顺序表本身的空间p， 然后给p的size赋值，p的count赋值，最后给p的data赋值，p的data指向的是顺序表中那段连续的存储区，存储区的大小是n

vector * getNewVector(int n)
{
	vector *p = (vector *)malloc(sizeof(vector));
	p->size = n;
	p->count = 0;
	p->data = (int*)malloc(sizeof(int)* n);
	return p;
}

析构函数
销毁之前先判断一下，如果对象为空，就直接返回；先销毁顺序表中连续的存储区，再销毁顺序表本身的存储空间

void clear(vector* v)
{
	if (v == NULL) return;
	free(v->data);
	free(v);
	return;
}

顺序表：插入

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
size不变
count+1

代码

插入之前先判断一下，插入位置的合法性以及顺序表的地方是否够用，如果存满了，本次插入不成功，返回0；否则没有存满，则可以将所有元素平行向后移动一位，以逆序遍历向后移动，从最后一位(count - 1)开始遍历，递减到插入位置pos，然后将元素插入。
最后，数据结构是包括性质的，还需要维护性质，即count+1

int insert(vector*v, int pos, int val)
{
    if (pos < 0 || pos > v->count) return 0;
	if (v->size == v->count) return 0;
	for (int i = v->count - 1; i >= pos; i--)
	{
		v->data[i + 1] = v->data[i];
	}
	v->data[pos] = val;
	v->count += 1;
	return 1;
}

顺序表：删除

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
size不变
count-1

代码

判断删除位置的合法性，然后后面的元素平行向前移动一个元素

int erase(vector *v, int pos)
{
	if (pos < 0 || pos >= v->count) return 0;
	for (int i = pos + 1; i < v->count; i++)
	{
		v->data[i - 1] = v->data[i];
	}

	v->count -= 1;
	return 1;
}

代码演示

用一组随机操作，对顺序表进行测试
可以在4范围内随机： 0， 1， 2表示插入， 3表示删除
随机插入的位置： 随机数 % （count +2）, 随机出一些非法位置，测试程序返回的结果是否正确。
然后进行插入和删除操作
输出格式：第一行是数组的序号，第二行是小横线，第三行元素

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <iostream>


typedef struct vector{
	int size, count;
	int *data;   // 一段连续的存储区，存储的是整型元素， data指针指向整型的存储区

}vector;

vector * getNewVector(int n)
{
	vector *p = (vector *)malloc(sizeof(vector));
	p->size = n;
	p->count = 0;
	p->data = (int*)malloc(sizeof(int)* n);
	return p;
}

int insert(vector*v, int pos, int val)
{
	if (pos < 0 || pos > v->count) return 0;
	if (v->size == v->count) return 0;
	for (int i = v->count - 1; i >= pos; i--)
	{
		v->data[i + 1] = v->data[i];
	}
	v->data[pos] = val;
	v->count += 1;
	return 1;
}

int erase(vector *v, int pos)
{
	if (pos < 0 || pos >= v->count) return 0;
	for (int i = pos + 1; i < v->count; i++)
	{
		v->data[i - 1] = v->data[i];
	}

	v->count -= 1;
	return 1;
}


void clear(vector* v)
{
	if (v == NULL) return;
	free(v->data);
	free(v);
	return;
}

void output_vector(vector  *v)
{
	
	int len = 0;
	for (int i = 0; i < v->size; i++)
	{
		len += printf("%3d", i);   // 控制整型输出的宽度， 累加输出的长度
	}
	printf("\n");
	for (int i = 0; i < len; i++) printf("-");   // 注意输出的长度为len与上面对齐
	printf("\n");
	for (int i = 0; i < v->count; i++)    // 注意输出的长度为count
	{
		printf("%3d", v->data[i]);
	}
	printf("\n");
	printf("\n\n");
	return;
}


int main()
{
	srand(time(0));
    #define MAX_OP 20
	vector *v = getNewVector(MAX_OP);
	for (int i = 0; i < MAX_OP; i++)
	{
		int op = rand() % 4, pos, val;
		switch (op)
		{
		case 0:
		case 1:
		case 2:
			pos = rand() % (v->count + 2);
			val = rand() % 100;
			printf("insert %d at %d to vector = %d\n", val, pos, insert(v, pos, val));
			break;
		case 3:
			pos = rand() % (v->count + 2);
			printf("erase item at %d in vector = %d\n", pos, erase(v, pos));
			break;

		}
		output_vector(v);

	}
	clear(v);

	std::cin.get();
	return 0;

}

输出：
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

顺序表：扩容操作

当进行插入操作的时候，发现顺序表已经满了，可以自动扩容，扩容后就可以插入成功。
假设现在已经有了扩容成功了，什么情况下才返回插入不成功？ 答案：顺序表满了，并且扩容操作不成功，才返回0
还是跟前面一样，先判断一下传进来的顺序表的指针合不合法，判断指针是否指向空地址。
扩容策略: 二倍扩容法，如果原来顺序表的大小是size，尝试将size的顺序表扩容到2*size的大小，扩容的是顺序表的data区

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <iostream>


typedef struct vector{
	int size, count;
	int *data;   // 一段连续的存储区，存储的是整型元素， data指针指向整型的存储区

}vector;

vector * getNewVector(int n)
{
	vector *p = (vector *)malloc(sizeof(vector));
	p->size = n;
	p->count = 0;
	p->data = (int*)malloc(sizeof(int)* n);
	return p;
}

int expand(vector *v)
{
	if (v == NULL) return 0;
	printf("expand v from %d to %d\n", v->size, 2 * v->size );   // 输出扩容提示信息
	v->data = (int *)realloc(v->data, sizeof(int) * 2 * v->size);  // realloc(重新分配存储区的地址，希望重新分配的内存大小)
	v->size *= 2;   // 更新扩容后的size，2倍
	return 1;
}


int insert(vector*v, int pos, int val)
{
	if (pos < 0 || pos > v->count) return 0;
	if (v->size == v->count && !expand(v)) return 0;  // 如果满了且扩容失败，返回0
	for (int i = v->count - 1; i >= pos; i--)
	{
		v->data[i + 1] = v->data[i];
	}
	v->data[pos] = val;
	v->count += 1;
	return 1;
}

int erase(vector *v, int pos)
{
	if (pos < 0 || pos >= v->count) return 0;
	for (int i = pos + 1; i < v->count; i++)
	{
		v->data[i - 1] = v->data[i];
	}

	v->count -= 1;
	return 1;
}


void clear(vector* v)
{
	if (v == NULL) return;
	free(v->data);
	free(v);
	return;
}

void output_vector(vector  *v)
{
	
	int len = 0;
	for (int i = 0; i < v->size; i++)
	{
		len += printf("%3d", i);   // 控制整型输出的宽度， 累加输出的长度
	}
	printf("\n");
	for (int i = 0; i < len; i++) printf("-");   // 注意输出的长度为len与上面对齐
	printf("\n");
	for (int i = 0; i < v->count; i++)    // 注意输出的长度为count
	{
		printf("%3d", v->data[i]);
	}
	printf("\n");
	printf("\n\n");
	return;
}


int main()
{
	srand(time(0));
    #define MAX_OP 20
	vector *v = getNewVector(2);        // 
	for (int i = 0; i < MAX_OP; i++)
	{
		int op = rand() % 4, pos, val, ret;
		switch (op)
		{
		case 0:    // 注意case要从0开始
		case 1:
		case 2:
			pos = rand() % (v->count + 2);
			val = rand() % 100;
			ret = insert(v, pos, val);
			printf("insert %d at %d to vector = %d\n", val, pos, ret);
			break;
		case 3:
			pos = rand() % (v->count + 2);
			ret = erase(v, pos);
			printf("erase item at %d in vector = %d\n", pos, ret);
			break;

		}
		output_vector(v);

	}
	clear(v);

	std::cin.get();
	return 0;

}

输出：

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

进一步分析

其实在重新分配内存（realloc）的时候有bug，realloc的策略：

  1. realloc会在原内存地址上试着向后去进行延展，如果向后扩展成功了，那么返回的地址就会和原内存地址是一样的，但是大小会增加一倍
  2. 找一片新的内存，把原内存的内容拷贝到新内存里面，并且返回新内存的地址。
  3. 以上两种情况都找不到，就会返回NULL

所以，再返回来看源代码，第一和第二种情况都没有bug，但是第三种情况，即扩容不成功的情况下，realloc会返回一个空地址，空地址会覆盖掉原来存储的地址，这个时候就会发生我们data中原来存储的地址信息丢失了。
解决方案：新定义一个指针，把realloc的返回值赋值给这个新指针，然后先判断是否为空，不是空地址才将新地址赋值给data

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <iostream>


typedef struct vector{
	int size, count;
	int *data;   // 一段连续的存储区，存储的是整型元素， data指针指向整型的存储区

}vector;

vector * getNewVector(int n)
{
	vector *p = (vector *)malloc(sizeof(vector));
	p->size = n;
	p->count = 0;
	p->data = (int*)malloc(sizeof(int)* n);
	return p;
}

int expand(vector *v)
{
	if (v == NULL) return 0;
	printf("expand v from %d to %d\n", v->size, 2 * v->size );   // 输出扩容提示信息
	int *p = (int *)realloc(v->data, sizeof(int)* 2 * v->size);  // realloc(重新分配存储区的地址，希望重新分配的内存大小)
	if (p == NULL) return 0;
	v->data = p;
	v->size *= 2;   // 更新扩容后的size，2倍
	return 1;
}


int insert(vector*v, int pos, int val)
{
	if (pos < 0 || pos > v->count) return 0;
	if (v->size == v->count && !expand(v)) return 0;  // 如果满了且扩容失败，返回0
	for (int i = v->count - 1; i >= pos; i--)
	{
		v->data[i + 1] = v->data[i];
	}
	v->data[pos] = val;
	v->count += 1;
	return 1;
}

int erase(vector *v, int pos)
{
	if (pos < 0 || pos >= v->count) return 0;
	for (int i = pos + 1; i < v->count; i++)
	{
		v->data[i - 1] = v->data[i];
	}

	v->count -= 1;
	return 1;
}


void clear(vector* v)
{
	if (v == NULL) return;
	free(v->data);
	free(v);
	return;
}

void output_vector(vector  *v)
{
	
	int len = 0;
	for (int i = 0; i < v->size; i++)
	{
		len += printf("%3d", i);   // 控制整型输出的宽度， 累加输出的长度
	}
	printf("\n");
	for (int i = 0; i < len; i++) printf("-");   // 注意输出的长度为len与上面对齐
	printf("\n");
	for (int i = 0; i < v->count; i++)    // 注意输出的长度为count
	{
		printf("%3d", v->data[i]);
	}
	printf("\n");
	printf("\n\n");
	return;
}


int main()
{
	srand(time(0));
    #define MAX_OP 20
	vector *v = getNewVector(2);        // 
	for (int i = 0; i < MAX_OP; i++)
	{
		int op = rand() % 4, pos, val, ret;
		switch (op)
		{
		case 0:    // 注意case要从0开始
		case 1:
		case 2:
			pos = rand() % (v->count + 2);
			val = rand() % 100;
			ret = insert(v, pos, val);
			printf("insert %d at %d to vector = %d\n", val, pos, ret);
			break;
		case 3:
			pos = rand() % (v->count + 2);
			ret = erase(v, pos);
			printf("erase item at %d in vector = %d\n", pos, ret);
			break;

		}
		output_vector(v);

	}
	clear(v);

	std::cin.get();
	return 0;

}

总结

相关数据结构到底支持什么操作，是一个不确定性的，非常灵活的，是自己设计的。

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