数据结构——顺序表

数据结构

顺序表

基本概念

顺序表：顺序存储的线性表。
链式表：链式存储的线性表，简称链表。

顺序存储就是将数据存储到一片连续的内存中，在C语言环境下，可以是具名的栈数组，或者是匿名的堆数组。

存储方式不仅仅只是提供数据的存储空间，而是必须要能体现数据之间的逻辑关系。当采用顺序存储的方式来存放数据时，唯一能用来表达数据间本身的逻辑关系的就是存储位置。比如队列中的两个人，小明和小花，如果小明在逻辑上排在相邻的小花的前面，那么在存储位置上也必须把小明存放在相邻的小花的前面。

基本操作

顺序表设计

一般而言，为了方便操作顺序表，需要一个专门管理顺序表的”管理结构体“，管理结构体中一般会

包含：

顺序表总容量
顺序表当前最末元素下标位置
顺序表指针

下面是管理结构体示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
typedef struct
{
    int capacity; // 顺序表容量
    int last; // 最末元素下标
    int * data; // 顺序表，以整型数据为例
}sequenceList;

初始化

所谓初始化就是建立一个不包含任何元素的顺序表，设置好管理结构体中的表的总容量、末元素下标，申请好顺序表内存空间等系列准备工作。

下面是初始化顺序表的示例代码：

seqList *initList(int cap)
{
    // 申请内存
    seqList *list = malloc(sizeof(seqList));

    // 非空校验
    if (list != NULL)
    {
        // 给数据区（整型）分配空间
        list->data = malloc(sizeof(int) * cap);

        if (list->data == NULL)
        {
            free(list);
            return NULL;
        }

        list->capacity = cap;
        list->last = -1;
    }
}

测试

int main()
{
    sequenceList *list = init_list(10);
    if(list == NULL)
    {
        perror("初始化顺序表失败!");
        exit(0);
    }
    else
    {
        printf("初始化顺序表成功！\n");
    }
}

增删节点

在顺序表中增加一个数据，可以有多种方式，比如在原数组的末尾增加，或者在原数组的头部增加，或者在数组中间任意一个位置增加。根据实际需要来定。

下面以在顺序表头部增删数据为例，示例代码如下：

bool insert(seqList *list, int data)
{
    // 判断顺序表是否满了
    if (isFull(list))
    {
        return false;
    }
    // 将原有数据全部往后移动一位，腾出位置给新数据
    for (int i = list->last; i >= 0; i--)
    {
        list->data[i + 1] = list->data[i];
    }
    // 将新数据置入表头
    list->data[0] = data;
    list->last++;

    return true;
}

bool removeNode(seqList *list, int data)
{
    // 判断是否为空
    if (list->last == -1)
    {
        return false;
    }
    // 找到要删除的节点的位置
    int i, pos = -1;
    for (i = 0; i <= list->last; i++)
    {
        if (list->data[i] == data)
        {
            pos = i;
            break;
        }
    }

    // 找不到要删除的节点
    if (i > list->last)
    {
        return false;
    }

    // 将截止到删除目标节点之后的所有元素向前移动一位
    for (int i = pos; i < list->last; i++)
    {
        list->data[i] = list->data[i + 1];
    }
    list->last--;
    return true;
}

销毁顺序表

一个顺序表最后不再需要，应当要释放其所占用的内存空间，这被称为顺序表的销毁。

下面是销毁操作的示例代码：

void destroy(sequenceList *s)
{
    if(s == NULL)
    return;
    free(s->data);
    free(s);
}

完整代码

seqlist.h

#ifndef __SEQLIST_H
#define __SEQLIST_H

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

// 定义顺序表的结构体
typedef struct
{
    int capacity;// 顺序表的容量（顺序表本质上是数组）
    int last;    // 末元素的下标
    int *data;   // 数据，其实是一个存放多个int的容器
} seqList;

// 创建顺序表（顺序表的初始化）
seqList *initList(int cap);

// 向顺序表的表头插入一个新数据
bool insert(seqList *list,int data);

// 判断顺序表是否满了
bool isFull(seqList *list);

// 遍历顺序表中的元素
void show(seqList *list);

// 将顺序表中指定的某个元素删除
bool removeNode(seqList *list,int data);

// 销毁顺序表
void destroy(seqList *s);
#endif

seqlist.c

#include "seqlist.h"

// 初始化顺序表
seqList *initList(int cap)
{
    // 申请内存
    seqList *list = malloc(sizeof(seqList));

    // 非空校验
    if (list != NULL)
    {
        // 给数据区（整型）分配空间
        list->data = malloc(sizeof(int) * cap);

        if (list->data == NULL)
        {
            free(list);
            return NULL;
        }

        list->capacity = cap;
        list->last = -1;
    }
}

// 判断顺序表是否满了
bool isFull(seqList *list)
{
    return list->last == list->capacity - 1; // maxIndex = capacity -1
}

// 向顺序表的表头插入一个新数据
bool insert(seqList *list, int data)
{
    // 判断顺序表是否满了
    if (isFull(list))
    {
        return false;
    }
    // 将原有数据全部往后移动一位，腾出位置给新数据
    for (int i = list->last; i >= 0; i--)
    {
        list->data[i + 1] = list->data[i];
    }
    // 将新数据置入表头
    list->data[0] = data;
    list->last++;

    return true;
}

// 遍历顺序表中的元素
void show(seqList *list)
{
    // 判断是否为空
    if (list->last == -1)
    {
        return;
    }

    // 遍历
    for (int i = 0; i <= list->last; i++)
    {
        printf("%d ", list->data[i]);
    }

    printf("\n");
}

// 将顺序表中指定的某个元素删除
bool removeNode(seqList *list, int data)
{
    // 判断是否为空
    if (list->last == -1)
    {
        return false;
    }
    // 找到要删除的节点的位置
    int i, pos = -1;
    for (i = 0; i <= list->last; i++)
    {
        if (list->data[i] == data)
        {
            pos = i;
            break;
        }
    }

    // 找不到要删除的节点
    if (i > list->last)
    {
        return false;
    }

    // 将截止到删除目标节点之后的所有元素向前移动一位
    for (int i = pos; i < list->last; i++)
    {
        list->data[i] = list->data[i + 1];
    }
    list->last--;
    return true;
}

// 销毁顺序表
void destroy(seqList *s)
{
    if(s == NULL)
        return;

    free(s->data);// 销毁数据区
    free(s);// 销毁外部结构体对象
}

顺序表优缺点总结

顺序存储中，由于逻辑关系是用物理位置来表达的，因此从上述示例代码可以很清楚看到，增删数据都非常困难，需要成片地移动数据。顺序表对数据节点的增删操作是很不友好的。

总结其特点如下：

优点
1. 不需要多余的信息来记录数据间的关系，存储密度高
2. 所有数据顺序存储在一片连续的内存中，支持立即访问任意一个随机数据，比如上述顺序表中第个节点是 s->data[i]
缺点
1. 插入、删除时需要保持数据的物理位置反映其逻辑关系，一般需要成片移动数据
2. 当数据节点数量较多时，需要一整片较大的连续内存空间
3. 当数据节点数量变化剧烈时，内存的释放和分配不灵活