【数据结构初阶】--- 顺序表

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->dataps->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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