C語言編程簡單卻重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)順序表全面講解
前言
本文主要介紹順序表的定義和常見靜態(tài)順序表的用法。
一、線性表定義
線性表(line list)是n個具有相同特性的數(shù)據(jù)元素的有限序列。線性表是一種在實際中廣泛使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),常見的線性表有:順序表、鏈表、棧、隊列、字符串。
線性表在邏輯上是線性結(jié)構(gòu),也就是說是連續(xù)的一條直線。但在物理結(jié)構(gòu)上并不一定是連續(xù)的,線性表在物理上存儲時,通常以數(shù)組和鏈式結(jié)構(gòu)的形式存儲
二、順序表實現(xiàn)
1概念及結(jié)構(gòu)
順序表是用一段物理地址連續(xù)的存儲單元依次存儲數(shù)據(jù)元素的線性結(jié)構(gòu),一般情況下采用數(shù)組存儲。在數(shù)組上完成數(shù)據(jù)的增刪查改。
順序表一般可表示為:
1.靜態(tài)順序表:使用定長數(shù)組存儲。
2.動態(tài)順序表:使用動態(tài)開辟的數(shù)組存儲。
我們以簡單的靜態(tài)順序表進行引例(與動態(tài)順序表接口函數(shù)思想是一樣的)
代碼如下(示例):
#define N 10//這里定義宏是為了方便將來如果需要更改空間的大小,而代碼中用到的10過于多要更改多次,宏定義直接改N大小即可
typedef int SQDataType;//這里順序表10個空間都是int型,如果將來要改變類型,可以在這里把int改為所需類型
struct SeqList//單個數(shù)據(jù)直接定義變量,多個數(shù)據(jù)定義結(jié)構(gòu)體
{
SQDataType a[N];//順序表有10個空間可進行存儲
int size;//順序表存了幾個數(shù)據(jù)(有10個空間不一定就存10個數(shù)據(jù))
};
ps:順序表的一些要求:
1.連續(xù)的物理空間存儲-用的是數(shù)組
2.數(shù)據(jù)必須是從頭開始,依次存儲
2靜態(tài)順序表
2.1實現(xiàn)順序表接口,第一步要對順序表進行初始化
代碼如下(示例):
#include<stdio.h>
#include<string.h>//memset函數(shù)頭文件
//增刪查改等接口函數(shù)
void SeqListInit(struct SeqList *ps)
{
memset(ps->a, 0, sizeof(SQDataType)*N);//memset是一個初始化函數(shù)
//sl.a表示按字節(jié)初始化
//0表示初始化為0
//sizeof(SQDataType)表示數(shù)組內(nèi)每個元素大小(之前定義了SQDataType=int),N表示數(shù)組內(nèi)共有N個元素,兩者相乘是數(shù)組大小
ps->size = 0;
}
void TestSeqList1()
{
struct SeqList sl;//sl是實參,上面的ps是形參,為了實參和形參可以相互影響,這里用的是傳址調(diào)用
SeqListInit(&sl);
}
int main()
{
TestSeqList1();
return 0;
}
//ps:如果這里你覺得寫struct SeqList sl煩,你可以這樣改進代碼(這里和2.1代碼對應(yīng))
//typedef struct SeqList//單個數(shù)據(jù)直接定義變量,多個數(shù)據(jù)定義結(jié)構(gòu)體
//{
// SQDataType a[N];//順序表有10個空間可進行存儲
// int size;//順序表存了幾個數(shù)據(jù)(有10個空間不一定就存10個數(shù)據(jù))
//}SL;
//這樣結(jié)構(gòu)體類型就可以直接寫成SL
2.2對順序表的增刪查改的接口函數(shù)(以尾插為例)
void SeqListPushBack(struct SeqList *ps, SQDataType x)//尾插
{
if (ps->size >= N)
{
printf("SeqList is full");//防止你尾插太多已經(jīng)大于了順序表最大容量
return;
}
ps->a[ps->size] = x;
ps->size++;//存儲的數(shù)據(jù)多了一個,size加1個
}
乍一看代碼比較晦澀難懂,我們用圖來理解一下這個代碼:

(圖片來自比特就業(yè)課)
圖示順序表有7個空間,我們放了5個數(shù)據(jù),現(xiàn)在要在尾部插入一個數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)下標是5,而ps->size=5(結(jié)構(gòu)體指針相關(guān)知識見筆者結(jié)構(gòu)體文章)所以a[5]也就是a[ps->size]恰好是尾部后一個元素,這里的5改成其他數(shù)也是同樣的道理。
ps->a[ps->size]=x,也就是對尾部后一個元素賦值。
ps->size++是表示順序表存儲的數(shù)據(jù)又多了一個(原本認定順序表存儲5個數(shù)據(jù),你現(xiàn)在添加了一個,認定存儲幾個數(shù)據(jù)也要再加1個)
而你在尾插的過程中,可能插入數(shù)據(jù)多了,甚至多于數(shù)組最大容量,這肯定會有問題,所以我們用了一個if進行判斷一下。
到這里大家可能就會發(fā)現(xiàn)了,在使用靜態(tài)鏈表有兩個不方便的地方:
1.數(shù)組給的空間小了,可能不夠用
2.數(shù)組給的空間大了,可能浪費空間
3動態(tài)順序表
3.1動態(tài)順序表初始化
代碼如下(示例):
typedef int SQDataType;
struct SeqList
{
SQDataType*a;
int size;//有效數(shù)據(jù)個數(shù)
int capacity;//容量
};
//由于沒有數(shù)組a了,所以順序表初始化也要改一下
void SeqListInit(struct SeqList *ps)
{
ps->a = NULL;
ps->size = 0;
ps->capacity = 0;
}

(圖片來自比特就業(yè)課)
3.2動態(tài)順序表-尾插
代碼如下(示例):
void SeqListPushBack(struct SeqList *ps, SQDataType x)
{
if (ps->size == ps->capacity)//原先空間滿了,無法進行尾插了,需要進行擴容(擴容一般擴2倍)
{
int newcapacity = ps->capacity==0?4:ps->capacity*2;//這個4是可以換其他數(shù)的
//這里是防止原來的容量是0,擴容后的倍數(shù)仍然是0
SQDataType*tmp = (SQDataType*)realloc(ps->a, newcapacity* sizeof(SQDataType));
if (tmp == NULL)//防止擴容失敗,也就是沒有剩余空間供它使用了
{
printf("realloc is fail\n");
exit(-1);//退出運行
}
else
{
ps->a = tmp;
ps->capacity = newcapacity;
}
}
ps->a[ps->size] = x;
ps->size++;//存儲的數(shù)據(jù)多了一個,size加1個
}
我們在擴容時,是用一個擴容一個嗎?這樣太浪費時間,一般是擴容所需要的空間的兩倍,realloc函數(shù)可對指針指向的空間進行擴大或縮小,感興趣的同學(xué)自行了解,這里不作深究。
3.3動態(tài)順序表-頭插
了解過尾插,這里講頭插也很容易理解,就是在最前面插入一個內(nèi)容,如何操作呢?把已有的內(nèi)容全部向后移動一位,然后最前面會空出一個空間,然后你放入內(nèi)容
代碼如下(示例):
void SeqListPushFront(struct SeqList *ps, SQDataType x)
{
//原先空間滿了需要進行擴容
if (ps->size == ps->capacity)
{
int newcapacity = ps->capacity==0?4:ps->capacity*2;
//這里是防止原來的容量是0,擴容后的倍數(shù)仍然是0
SQDataType*tmp = (SQDataType*)realloc(ps->a, newcapacity* sizeof(SQDataType));
if (tmp == NULL)//防止擴容失敗,也就是沒有剩余空間供它使用了
{
printf("realloc is fail\n");
exit(-1);
}
else
{
ps->a = tmp;
ps->capacity = newcapacity;
}
}
int end = ps->size - 1;//確定最后一個內(nèi)容下標
while (end >= 0)
{
ps->a[end + 1] = ps->a[end];//以此把原先的內(nèi)容往后挪一位
--end;
}
ps->a[0] = x;//把需要插入的內(nèi)容放在最開始的空間
ps->size++;
}
這里需要注意的是,頭插和尾插都面臨一個空間已經(jīng)滿的情況,如果滿了都需要擴容,這個不要忘記。如果你嫌麻煩每次都要寫擴容,你可以寫一個擴容函數(shù),用的時候調(diào)用一下即可。
3.4動態(tài)順序表-尾刪
代碼如下(示例):
void SeqListPopBack(struct SeqList *ps)
{
assert(ps->size > 0);
//要進行刪除,首先要有東西可刪
//這里會進行斷言,如果沒有東西刪會報錯
ps->size--;
}
這里為什么size- -即可完成尾部數(shù)據(jù)的刪除?解釋是這樣的,size- -后,電腦認為的有效數(shù)據(jù)就少了一個,不管你那個數(shù)據(jù)還在不在,電腦已經(jīng)認為它不再是一個所需的數(shù)據(jù)了,使用順序表時不會對無效數(shù)據(jù)進行考慮。
3.5動態(tài)順序表-頭刪
頭刪也就是把最前面的數(shù)據(jù)刪除,其他數(shù)據(jù)下標依次減1即可
代碼如下(示例):
void SeqListPopFront(struct SeqList *ps)
{
assert(ps->size > 0);
int start = 1;
while (start < ps->size)
{
ps->a[start - 1] = ps->a[start];
++start;
}
ps->size--;
}
3.6動態(tài)順序表-任意位置插入數(shù)據(jù)
我們以下面這個順序表舉例

我們要在1和2中間插一個數(shù)據(jù)怎么辦?0和1不變,2和3分別向后移
但是考慮到其他的順序表,假設(shè)它原來的數(shù)據(jù)已經(jīng)占滿了所有空間,你再插是不是有可能空間不夠,還有一點,雖說是任意位置插入數(shù)據(jù),你能不能在順序表尾部插入?非法訪問了屬于是??紤]上面幾點,我們有下面的代碼。
void SeqListInsert(struct SeqList *ps, int pos, SQDataType x)
//pos表示插入位置的下標
{
assert(pos < ps->size);//防止在尾部插入構(gòu)成非法訪問
int end = ps->size - 1;
while (end >= pos)
{
ps->a[end + 1] = ps->a[end];
end--;
}
ps->a[pos] = x;
ps->size++;
}
3.7動態(tài)順序表-任意位置刪除數(shù)據(jù)
我們?nèi)砸韵旅娴膱D舉例,要將2刪除怎么辦?把3往前挪一位即可。

void SeqListErase(struct SeqList *ps, int pos)
{
assert(pos < ps->size);
int start =pos + 1;
while (start < ps->size)
{
ps->a[start - 1] = ps->a[start];
start++;
}
ps->size--;
}
結(jié)束
ps:上述的所有刪除都是刪除數(shù)據(jù),空間是不刪除的。
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