C语言.数据结构.顺序表

1.顺序表的概念及结构

1.1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。

2.顺序表的分类

  • 顺序表和数组的区别
    顺序表的底层结构是数组，对数组的封装，实现了常用的的增删改查等接口

  • 顺序表的分类

    • 静态顺序表
      概念：使用定长数组储存元素
      在这里插入图片描述

静态顺序表缺陷：空间给少了不够用，给多了造成空间浪费。

    • 动态顺序表
      在这里插入图片描述

优先使用动态顺序表，因为其更加灵活。

3.动态顺序表的实现

3.1文件的选取

  1. 头文件.h
    定义顺序表的定义、声明顺序表的方法
  2. 源文件.c
    实现顺序表的方法
  3. 测试文件.c
    检测代码是否能够按照预期运行

3.2动态顺序表的定义：

//定义顺序表的结构
typedef int SLDataType;//动态顺序表
typedef struct SeqList
{SLDataType* arr;int size;//有效数据个数int capacity;//空间大小
}SL;

3.2顺序表的打印：

//顺序表的打印
void SLPrint(SL ps)
{//遍历顺序表for (int i = 0; i < ps.size; i++){printf("%d ", ps.arr[i]);}printf("\n");
}

3.3顺序表的查找

//顺序表的查找
int SLFind(SL* ps, SLDataType x)
{//遍历顺序表assert(ps);for (int i = 0; i < ps->size; i++){if (ps->arr[i] == x){//找到后，就返回下标return i;}}//遍历一遍，没有找到，就返回-1；（数组下标不能为负数）return -1;
}

3.4申请空间

//申请空间
void SLCheckCapacity(SL* ps)
{//再插入数据前，先看空间够不够if (ps->capacity == ps->size){//申请空间int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;SLDataType* tmp = (SLDataType*)realloc(ps->arr, newCapacity * sizeof(SLDataType));//要申请多大的空间if (tmp == NULL){perror("realloc fail!");exit(1);//直接退出程序}//走到这，证明申请空间成功ps->arr = tmp;ps->capacity = newCapacity;}
}

解释：

  1. capacity = size的时候，证明顺序表的空间与有效数据一样了，已经空间塞满，再插入数据就插不进去了。
  2. int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;

1）假如顺序表空间为零，就直接赋值为4个空间大小。
2）假如顺序表空间不为零，就以顺序表的空间大小的2倍申请空间。

3.4顺序表的初始化

//顺序表初始化
void SLInit(SL* ps)
{ps->arr = NULL;ps->capacity = ps->size = 0;
}

理解：

  1. 顺序表的底层是数组，arr代表的是数组首元素的地址，先置换为空。
  2. 再让顺序表的空间大小(capacity)置为0，也让有效数据(size)置为空。

3.5顺序表的尾部插入

//尾部插入
void SLPushBack(SL* ps, SLDataType x)
{assert(ps);//等价于assert(ps != NULL)//再插入数据前，先看空间够不够if (ps->capacity == ps->size){//申请空间int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;SLDataType* tmp = (SLDataType*)realloc(ps->arr, newCapacity * sizeof(SLDataType));//要申请多大的空间if (tmp == NULL){perror("realloc fail!");exit(1);//直接退出程序}//走到这，证明申请空间成功ps->arr = tmp;ps->capacity = newCapacity;}//进行尾插ps->arr[ps->size++] = x;
}

解释：

  1. 问题：一次要申请多大的空间？

增容通常来讲是成倍数的增加，一般是2或3倍。 实际上是数学推理出来的。假若频繁的增容，则会造成程学的运行效率大大的降低。

画图分析：

在这里插入图片描述

3.7顺序表的头部插入

//头部插入
void SLPushFront(SL* ps, SLDataType x)
{assert(ps);SLCheckCapacity(ps);//先让顺序表中已有的数据整体往后移动一位for (int i = ps->size; i > 0; i--){ps->arr[i] = ps->arr[i - 1];}//头部插入ps->arr[0] = x;//有效数据也得自增一位ps->size++;
}

画图分析：

在这里插入图片描述

3.7顺序表的尾部删除

//尾部删除
void SLPopBack(SL* ps)
{assert(ps);assert(ps->size);//有效数据不为空//直接使有效数据减少--ps->size;
}

画图分析：

在这里插入图片描述

3.8顺序表的头部删除

//头部删除
void SLPopFront(SL* ps)
{assert(ps);assert(ps->size);//数据整体往前移动一位for (int i = 0; i < ps->size - 1; i++){ps->arr[i] = ps->arr[i + 1];//arr[size-2] = arr[size-1]}//有效数据自减1ps->size--;
}

画图分析：

在这里插入图片描述

3.9在指定位置之前插入数据

//在指定位置之前插入数据
void SLInsert(SL* ps, int pos, SLDataType x)
{assert(ps);//pos的范围要在顺序表的size范围之内assert(pos >= 0 && pos <= ps->size);//在插入数据前，看看顺序表的空间够不够SLCheckCapacity(ps);//让pos及之后的数据整体往后移动一位for (int i = ps->size; i > pos; i--){ps->arr[i] = ps->arr[i - 1];//}//空出pos位置，插入数据ps->arr[pos] = x;//有效数据自增1ps->size++;
}

画图分析：

在这里插入图片描述

3.10在指定为位置删除数据

//在指定为位置删除数据
void SLErase(SL* ps, int pos)
{assert(ps);assert(pos >= 0 && pos < ps->size);//遍历顺序表，让pos之后的数据整体往前移动一位for (int i = pos; i < ps->size - 1; i++){ps->arr[i] = ps->arr[i + 1];}//有效数据自减1ps->size--;
}

画图分析：

在这里插入图片描述

3.11顺序表的销毁

//顺序表的销毁
void SLDestroy(SL* ps)
{if (ps->arr)//等价于if(ps->arr != NULL){free(ps->arr);}ps->arr = NULL;ps->capacity = ps->size = 0;
}

4.整体代码展示

SqeList.h

#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>//定义顺序表的结构
typedef int SLDataType;//动态顺序表
typedef struct SeqList
{SLDataType* arr;int size;//有效数据个数int capacity;//空间大小
}SL;//顺序表的打印
void SLPrint(SL ps);//顺序表的查找
int SLFind(SL* ps, SLDataType x);//顺序表初始化
void SLInit(SL* ps);//尾部插入
void SLPushBack(SL* ps, SLDataType x);//头部插入
void SLPushFront(SL* ps, SLDataType x);//尾部删除
void SLPopBack(SL* ps);//头部删除
void SLPopFront(SL* ps);//在指定位置之前插入数据
void SLInsert(SL* ps, int pos, SLDataType x);//在指定为位置删除数据
void SLErase(SL* ps, int pos);//顺序表的销毁
void SLDestroy(SL* ps);

SqeList.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "SeqList.h"//顺序表的打印
void SLPrint(SL ps)
{//遍历顺序表for (int i = 0; i < ps.size; i++){printf("%d ", ps.arr[i]);}printf("\n");
}//申请空间
void SLCheckCapacity(SL* ps)
{//再插入数据前，先看空间够不够if (ps->capacity == ps->size){//申请空间int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;SLDataType* tmp = (SLDataType*)realloc(ps->arr, newCapacity * sizeof(SLDataType));//要申请多大的空间if (tmp == NULL){perror("realloc fail!");exit(1);//直接退出程序}//走到这，证明申请空间成功ps->arr = tmp;ps->capacity = newCapacity;}
}//顺序表的查找
int SLFind(SL* ps, SLDataType x)
{//遍历顺序表assert(ps);for (int i = 0; i < ps->size; i++){if (ps->arr[i] == x){//找到后，就返回下标return i;}}//遍历一遍，没有找到，就返回-1；（数组下标不能为负数）return -1;
}//顺序表初始化
void SLInit(SL* ps)
{ps->arr = NULL;ps->capacity = ps->size = 0;
}//尾部插入
void SLPushBack(SL* ps, SLDataType x)
{assert(ps);//等价于assert(ps != NULL)//再插入数据前，先看空间够不够if (ps->capacity == ps->size){//申请空间int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;SLDataType* tmp = (SLDataType*)realloc(ps->arr, newCapacity * sizeof(SLDataType));//要申请多大的空间if (tmp == NULL){perror("realloc fail!");exit(1);//直接退出程序}//走到这，证明申请空间成功ps->arr = tmp;ps->capacity = newCapacity;}//进行尾插ps->arr[ps->size++] = x;
}//头部插入
void SLPushFront(SL* ps, SLDataType x)
{assert(ps);SLCheckCapacity(ps);//先让顺序表中已有的数据整体往后移动一位for (int i = ps->size; i > 0; i--){ps->arr[i] = ps->arr[i - 1];}//头部插入ps->arr[0] = x;//有效数据也得自增一位ps->size++;
}//尾部删除
void SLPopBack(SL* ps)
{assert(ps);assert(ps->size);//有效数据不为空//直接使有效数据减少--ps->size;
}//头部删除
void SLPopFront(SL* ps)
{assert(ps);assert(ps->size);//数据整体往前移动一位for (int i = 0; i < ps->size - 1; i++){ps->arr[i] = ps->arr[i + 1];//arr[size-2] = arr[size-1]}//有效数据自减1ps->size--;
}//在指定位置之前插入数据
void SLInsert(SL* ps, int pos, SLDataType x)
{assert(ps);//pos的范围要在顺序表的size范围之内assert(pos >= 0 && pos <= ps->size);//在插入数据前，看看顺序表的空间够不够SLCheckCapacity(ps);//让pos及之后的数据整体往后移动一位for (int i = ps->size; i > pos; i--){ps->arr[i] = ps->arr[i - 1];//}//空出pos位置，插入数据ps->arr[pos] = x;//有效数据自增1ps->size++;
}//在指定为位置删除数据
void SLErase(SL* ps, int pos)
{assert(ps);assert(pos >= 0 && pos < ps->size);//遍历顺序表，让pos之后的数据整体往前移动一位for (int i = pos; i < ps->size - 1; i++){ps->arr[i] = ps->arr[i + 1];}//有效数据自减1ps->size--;
}//顺序表的销毁
void SLDestroy(SL* ps)
{if (ps->arr)//等价于if(ps->arr != NULL){free(ps->arr);}ps->arr = NULL;ps->capacity = ps->size = 0;
}

test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "SeqList.h"void SLTest()
{SL sl;//顺序表初始化SLInit(&sl);//尾部插入SLPushBack(&sl, 1);SLPushBack(&sl, 2);SLPushBack(&sl, 3);SLPushBack(&sl, 4);//顺序表的打印SLPrint(sl);SLPushFront(&sl, 1);SLPushFront(&sl, 2);SLPushFront(&sl, 3);SLPushFront(&sl, 4);SLPrint(sl);//尾部删除SLPopBack(&sl);SLPrint(sl);//头部删除SLPopFront(&sl);SLPrint(sl);//顺序表的查找int ret = SLFind(&sl, 4);if (ret < 0){printf("找不到！\n");}else{printf("找到了！\n");}//在指定位置之前插入数据int ret = SLFind(&sl, 1);SLInsert(&sl, ret, 5);SLPrint(sl);//在指定为位置删除数据int ret = SLFind(&sl, 2);SLErase(&sl, ret);SLPrint(sl);//顺序表的销毁SLDestroy(&sl);
}int main()
{SLTest();return 0;
}

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