线性表之顺序表

news2024/9/27 21:21:10

在计算机科学中，数据结构是非常重要的基础知识之一。数据结构为我们提供了组织和管理数据的方法和技巧，使得我们可以高效地存储、检索和操作数据。而顺序表作为数据结构中最基本、最常用的一种存储结构，也是我们学习数据结构的第一步。

本文将介绍顺序表的概念和结构，通过实现顺序表的接口，我们将学习如何操作顺序表中的元素。同时，我们也会探讨顺序表的优点和缺点，以便更好地理解顺序表的适用场景和局限性。

通过阅读本文，你将对顺序表有一个清晰的认识，并且能够使用顺序表来解决实际问题。让我们开始学习顺序表吧！

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🌹1.线性表

线性表（linear list）是n个具有相同特性的数据元素的有限序列。线性表是一种在实际中广泛使用的数据结构，常见的线性表：顺序表、链表、栈、队列、字符串...
线性表在逻辑上是线性结构，也就说是连续的一条直线。但是在物理结构上并不一定是连续的，线性表在物理上存储时，通常以数组和链式结构的形式存储。
所谓逻辑结构，就是人们心中想象的结构，而物理结构是在内存中的真实存储形式。

存储结构上又分为顺序存储结构和链式存储结构。

顺序存储是将数据元素按照顺序依次存放在一块连续的内存空间中。数组就是一种顺序存储结构。

链式存储则是通过使用指针将数据元素存储在离散的内存空间中，并通过指针将这些离散的内存空间连接起来。

🌹2.顺序表的概念和结构

顺序表是用一段物理地址连续的存储单元依次存储数据元素的线性结构，一般情况下采用数组存储。在数组上完成数据的增删查改。

顺序表又分为：

1.静态顺序表：使用定长数组存储元素（不使用）

2.动态顺序表：使用动态开辟的空间存储元素

🌹3.顺序表接口实现

头文件的类型和函数接口声明：

#pragma once

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

#define DEFAULT_CAP 4//起始容量4

typedef int SLDataType;

typedef struct SeqList
{
	SLDataType* a;
	int size;
	int capacity;
}SL;

void SLInit(SL* ps);//顺序表初始化
void SLDestory(SL* ps);//顺序表销毁
void SLPrint(SL* ps);//顺序表打印
void SLCheckCapacity(SL* ps);//容量检查，扩容函数

void SLPushBack(SL* ps, SLDataType x);//顺序表尾插
void SLPopBack(SL* ps);//顺序表尾删
void SLPushFront(SL* ps, SLDataType x);//顺序表头插
void SLPopFront(SL* ps);//顺序表头删
void SLInsert(SL* ps, int pos, SLDataType x);//顺序表插入
void SLErase(SL* ps, int pos);//顺序表删除

前提补充：

这里的参数都是结构体指针，原因已经说吐了，具体见C语言结构体章节。

前面C语言所写的通讯录其实就是顺序表。

💐3.1 顺序表初始化

void SeqListInit(SL* ps)
{
	ps->a = (SLDataType*)malloc(sizeof(SLDataType) * DEFAULT_CAP);
	if (ps->a == NULL)
	{
		perror("malloc");
		exit(-1);
	}
	ps->capacity = DEFAULT_CAP;
	ps->size = 0;
}

起始容量大小为4。
malloc后要对返回值进行检查。
空间开辟失败后，要退出程序exit，不能简单的返回return。

💐3.2 顺序表销毁

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

每次释放过一块空间后最好置空NULL

💐3.3 顺序表打印

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

💐3.4 顺序表尾插

在此之前写介绍容量检查和扩容函数：

动态顺序表相对静态顺序表最大的优点就是能够进行扩容，那么频繁扩容的话，最好封装成函数。

void CheckCapacity(SL* ps)
{
	//满了扩容
	if (ps->capacity == ps->size)
	{
		SLDataType* tmp = (SLDataType*)realloc(ps->a, sizeof(SLDataType) * ps->size * 2);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc");
			exit(-1);
		}

		ps->a = tmp;
		ps->capacity *= 2;
	}
}

注意几点：

realloc函数的返回值不能直接给ps->a，因为如果扩容失败的话会造成内存泄漏。所以会用tmp临时指针变量来保存返回值，然后进行检查，无误后赋值给ps->a。
realloc扩容之后不能释放ps->a，原因：realloc底层有异地扩容和原地扩容，如果异地扩后free，会造成重复释放，原地扩后free，会导致realloc白干。

void SLPushBack(SL* ps, SLDataType x)
{
	assert(ps);

	SLCheckCapacity(ps);

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

💐3.5 顺序表尾删

void SLPopBack(SL* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->size > 0);

	ps->size--;
}

注意几点：

ps->size--后要不要把ps->a[ps->size-1]置零？

答：不要，直接--顺序表是访问不到的，而且置零也没意义。

ps->size--后要不要把删除的那部分free掉？

答：不是不要，是不能释放，malloc出什么指针，就要free掉什么指针，不能只释放一部分。

删除和插入不同的是，只要扩容成功，插入是能一直插的，但是顺序表中没有元素后不能删除。所以要检查是否删完了。

两种检查方式：

温柔的检查方式：
if(ps->size==0)
	return;
暴力的检查方式：
assert(ps->size > 0);

💐3.6 顺序表头插

void SLPushFront(SL* ps, SLDataType x)
{
	assert(ps);

	CheckCapacity(ps);

	int end = ps->size - 1;
	while (end >= 0)
	{
		ps->a[end + 1] = ps->a[end];
		--end;
	}
	ps->a[0] = x;
	ps->size++;
}

注意一下边界控制就行。

💐3.7 顺序表头删

void SLPopFront(SL* ps)
{
	assert(ps);
	assert(ps->size > 0);

	int begin = 1;
	while (begin < ps->size)
	{
		ps->a[begin - 1] = ps->a[begin];
		++begin;
	}
	ps->size--;
}

💐3.8 顺序表查找

查找一般结合后面的插入删除使用，查找的返回值做下标pos参数

int SLFind(SL* ps, SLDataType x)
{
	assert(ps);

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

	return -1;
}

💐3.9 顺序表插入

void SLInsert(SL* ps, int pos, SLDataType x)
{
	assert(ps);
	assert(pos >= 0 && pos <= ps->size);

	CheckCapacity(ps);

	int end = ps->size - 1;
	while (end >= pos)
	{
		ps->a[end + 1] = ps->a[end];
		--end;
	}
	ps->a[pos] = x;
	ps->size++;
}

💐3.10 顺序表删除

void SLErase(SL* ps, int pos)
{
	assert(ps);
	assert(pos >= 0 && pos < ps->size);

	int begin = pos + 1;
	while (begin < ps->size)
	{
		ps->a[begin - 1] = ps->a[begin];
		++begin;
	}
	ps->size--;
}