欢迎您访问程序员文章站本站旨在为大家提供分享程序员计算机编程知识!
您现在的位置是: 首页

C语言实现顺序表(顺序存储结构)

程序员文章站 2022-05-21 11:49:53
...

顺序表(顺序存储结构)及初始化过程详解

顺序表,全名顺序存储结构,是线性表的一种。通过《线性表》一节的学习我们知道,线性表用于存储逻辑关系为“一对一”的数据,顺序表自然也不例外。

不仅如此,顺序表对数据的物理存储结构也有要求。 顺序表存储数据时,会提前申请一整块足够大小的物理空间,然后将数据依次存储起来,存储时做到数据元素之间不留一丝缝隙。

例如,使用顺序表存储集合{1,2,3,4,5}数据最终的存储状态如下图所示:
C语言实现顺序表(顺序存储结构)
由此我们可以得出,将“具有 ‘一对一’ 逻辑关系的数据按照次序连续存储到一整块物理空间上”的存储结构就是顺序存储结构。

通过观察图 1 中数据的存储状态,我们可以发现,顺序表存储数据同数组非常接近。其实,顺序表存储数据使用的就是数组。

顺序表的初始化

使用顺序表存储数据之前,除了要申请足够大小的物理空间之外,为了方便后期使用表中的数据,顺序表还需要实时记录以下 2 项数据:

  1. 顺序表申请的存储容量;
  2. 顺序表的长度,也就是表中存储数据元素的个数;

提示:正常状态下,顺序表申请的存储容量要大于顺序表的长度

因此,我们需要自定义顺序表,C 语言实现代码如下:

typedef struct Table{
    int * head;//声明了一个名为head的长度不确定的数组,也叫“动态数组”
    int length;//记录当前顺序表的长度
    int size;//记录顺序表分配的存储容量
}table;

注意,head 是我们声明的一个未初始化的动态数组,不要只把它看做是普通的指针。

接下来开始学习顺序表的初始化,也就是初步建立一个顺序表。建立顺序表需要做如下工作:

  • 给 head 动态数据申请足够大小的物理空间;
  • 给 size 和 length 赋初值;
    因此,C 语言实现代码如下:
#define Size 5 //对Size进行宏定义,表示顺序表申请空间的大小
table initTable(){
    table t;
    t.head=(int*)malloc(Size*sizeof(int));//构造一个空的顺序表,动态申请存储空间
    if (!t.head) //如果申请失败,作出提示并直接退出程序
    {
        printf("初始化失败");
        exit(0);
    }
    t.length=0;//空表的长度初始化为0
    t.size=Size;//空表的初始存储空间为Size
    return t;
}

我们看到,整个顺序表初始化的过程被封装到了一个函数中,此函数返回值是一个已经初始化完成的顺序表。这样做的好处是增加了代码的可用性,也更加美观。与此同时,顺序表初始化过程中,要注意对物理空间的申请进行判断,对申请失败的情况进行处理,这里只进行了“输出提示信息和强制退出”的操作,可以根据你自己的需要对代码中的 if 语句进行改进。

通过在主函数中调用 initTable 语句,就可以成功创建一个空的顺序表,与此同时我们还可以试着向顺序表中添加一些元素,C 语言实现代码如下:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define Size 5
typedef struct Table{
    int * head;
    int length;
    int size;
}table;
table initTable(){
    table t;
    t.head=(int*)malloc(Size*sizeof(int));
    if (!t.head)
    {
        printf("初始化失败");
        exit(0);
    }
    t.length=0;
    t.size=Size;
    return t;
}
//输出顺序表中元素的函数
void displayTable(table t){
    for (int i=0;i<t.length;i++) {
        printf("%d ",t.head[i]);
    }
    printf("\n");
}
int main(){
    table t=initTable();
    //向顺序表中添加元素
    for (int i=1; i<=Size; i++) {
        t.head[i-1]=i;
        t.length++;
    }
    printf("顺序表中存储的元素分别是:\n");
    displayTable(t);
    return 0;
}

程序运行结果如下:

顺序表中存储的元素分别是:
1 2 3 4 5

可以看到,顺序表初始化成功。

顺序表的基本操作

顺序表插入元素

向已有顺序表中插入数据元素,根据插入位置的不同,可分为以下 3 种情况:

  1. 插入到顺序表的表头;
  2. 在表的中间位置插入元素;
  3. 尾随顺序表中已有元素,作为顺序表中的最后一个元素;

虽然数据元素插入顺序表中的位置有所不同,但是都使用的是同一种方式去解决,即:通过遍历,找到数据元素要插入的位置,然后做如下两步工作:

  • 将要插入位置元素以及后续的元素整体向后移动一个位置;
  • 将元素放到腾出来的位置上;

例如,在 {1,2,3,4,5}的第 3 个位置上插入元素 6,实现过程如下:

  • 遍历至顺序表存储第 3 个数据元素的位置,如下图 所示:
    C语言实现顺序表(顺序存储结构)
    将元素 3 以及后续元素 4 和 5 整体向后移动一个位置,如图下 所示:
    C语言实现顺序表(顺序存储结构)
  • 将新元素 6 放入腾出的位置,如下 所示:
    C语言实现顺序表(顺序存储结构)
    因此,顺序表插入数据元素的 C 语言实现代码如下:
//插入函数,其中,elem为插入的元素,add为插入到顺序表的位置
table addTable(table t,int elem,int add)
{
    //判断插入本身是否存在问题(如果插入元素位置比整张表的长度+1还大(如果相等,是尾随的情况),或者插入的位置本身不存在,程序作为提示并自动退出)
    if (add>t.length+1||add<1) {
        printf("插入位置有问题");
        return t;
    }
    //做插入操作时,首先需要看顺序表是否有多余的存储空间提供给插入的元素,如果没有,需要申请
    if (t.length==t.size) {
        t.head=(int *)realloc(t.head, (t.size+1)*sizeof(int));
        if (!t.head) {
            printf("存储分配失败");
            return t;
        }
        t.size+=1;
    } 
    //插入操作,需要将从插入位置开始的后续元素,逐个后移
    for (int i=t.length-1; i>=add-1; i--) {
        t.head[i+1]=t.head[i];
    }
    //后移完成后,直接将所需插入元素,添加到顺序表的相应位置
    t.head[add-1]=elem;
    //由于添加了元素,所以长度+1
    t.length++;
    return t;
}

注意,动态数组额外申请更多物理空间使用的是 realloc 函数。并且,在实现后续元素整体后移的过程,目标位置其实是有数据的,还是 3,只是下一步新插入元素时会把旧元素直接覆盖。

顺序表删除元素

从顺序表中删除指定元素,实现起来非常简单,只需找到目标元素,并将其后续所有元素整体前移 1 个位置即可。

后续元素整体前移一个位置,会直接将目标元素删除,可间接实现删除元素的目的。

例如,从{1,2,3,4,5} 中删除元素 3 的过程如下图 所示:
C语言实现顺序表(顺序存储结构)
因此,顺序表删除元素的 C 语言实现代码为:

table delTable(table t,int add){
    if (add>t.length || add<1) {
        printf("被删除元素的位置有误");
        exit(0);
    }
    //删除操作
    for (int i=add; i<t.length; i++) {
        t.head[i-1]=t.head[i];
    }
    t.length--;
    return t;
}

顺序表查找元素

顺序表中查找目标元素,可以使用多种查找算法实现,比如说二分查找算法、插值查找算法等。

这里,我们选择顺序查找算法,具体实现代码为:

//查找函数,其中,elem表示要查找的数据元素的值
int searchable(table t,int elem)
{
	for (int i=0; i<t.length; i++) {
		if (t.head[i]==elem) {
			return i+1;
		}
	}
	return -1;//如果查找失败,返回-1
}

顺序表更改元素

顺序表更改元素的实现过程是:

  1. 找到目标元素;
  2. 直接修改该元素的值;

顺序表更改元素的 C 语言实现代码为:

//更改函数,其中,elem为要更改的元素,newElem为新的数据元素
table replaceTable(table t,int elem,int newElem)
{
	int add=searchable(t, elem);
	t.head[add-1]=newElem;//由于返回的是元素在顺序表中的位置,所以-1就是该元素在数组中的下标
	return t;
}
void displayTable(table t){
	for (int i=0;i<t.length;i++) {
		printf("%d ",t.head[i]);
	}
	printf("\n");
}

返回顺序表的长度和最大容纳表项个数

这两个元素属于结构体,直接返回即可

//返回顺序表的长度
int returnLength(table t)
{
	return t.length;//返回结构体的长度元素即可
}
//返回顺序表最大容纳表项个数
int returnSize(table t)
{
	return t.size;
}

以上是顺序表使用过程中最常用的基本操作,相关完整代码已经push到GitHub,需要的小伙伴自行clone,如果觉得还不错的话,欢迎Star,这里是传送门顺序表(顺序存储结构),除此之外,想要了解更多的C,C++,Java,Python等相关知识的童鞋,欢迎来我的博客(相逢的博客),我们一起讨论!接下来我会持续更新其他语言实现顺序表,其中算法分析我会在下一次,C++实现时与大家分享,敬请期待!