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顺序表(数据结构)---排队啦！

啊苏要学习 2024-06-04 12:00:02

简介顺序表(数据结构)---排队啦！

前言：

❤博主CSDN：啊苏要学习

▶专栏分类：数据结构◀

学习数据结构是一件有趣的事情，希望读者能在我的博文切实感受到数据之间存在的关系，在对数据元素进行操作的时候，能心中有数，脑中有画！

前言：

这节我们来学习和实现线性结构中最简单的顺序表，由于博主使用C语言实现的，所以读者要对C语言的结构体、指针、内存管理这三部分知识做到理解并掌握。看代码能理解，能看懂，相信自己的实力！

1.线性表的性质

数据在内存中存储有两种结构、分别是逻辑结构和物理结构。顺序表就是逻辑结构中的线性结构+物理结构中的顺序结构。

线性结构的性质：线性意味着内存中的数据之间的关系呈现一条线状。

顺序结构的要求：顺序结构要求数据之间是有序的，数据元素与数据元素是紧挨着的，就像排队一样。

顺序表的本质：看完线性结构和顺序结构后，脑海里有没有涌现一股灵感呢？是的，顺序表的本质就是一个数组。这个数组和普通的数组不太一样，我们普通的数组可以进行以下这样的操作：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int arr[10] = {0};
    arr[0] = 1;
    arr[5] = 10;
    arr[9] = 20;
    return 0;
}

假如我们要把3个整型值放到一个数组里面，普通数组可以将这3个整型值放到该数组中的任意位置；比如这个数组的第一个元素、第六个元素、最后一个元素分别被赋值了1、10、20。然而，顺序表要存放这3个值，只能按顺序存放在下标为0、1、2的元素位置上。

2.静态数组or动态数组

2.1静态数组

静态数组是我们一开始就确定好数组的大小，在运行时不能改变数组存储多少。所以这里就有个问题：

当我们在用静态数组开辟空间的时候，给了100个元素空间，但实际情况需要存101个元素，但存不了了，数组已经满了
所以我决定给个大一点的数组，创建一个能存放1000个元素的数组，但实际情况只需要存200个元素，造成了不必要的浪费。

总结：静态数组的缺陷就是，数组空间开辟小了不够用，开辟大了用不完。

2.2动态数组

所以我们选择能根据具体的存储情况，开辟大小适合的数组，动态数组可以实现。

动态开辟的空间是在堆区上开辟的，会使用到realloc函数开辟堆区上的空间，我们在这里描述一下这个函数的功能吧。realloc本意是追增空间，malloc才是一个纯正实现开辟空间的函数，但realloc的功能更强大。

realloc的功能
情形：	功能：
接收地址的指针为空指针	相当于malloc开辟堆区空间
指针指向的堆空间够追加	原地扩容，不需要换内存位置
指针指向的堆空间不够追加	将原先内存空间数据搬家到扩容后的内存上

相信没学过内存管理的同学一脸茫然，头顶打着问号，看图理解：

接收地址的指针未空指针的情况：

指针指向的堆空间够追加的情况：

指针指向的堆空间不够追加的情况：

就这样，一开始给数组小一点的空间，空间不够了，在realloc的帮助下增容就实现动态数组了。一般每次增容，新容量都是原容量的2倍。

3.结构体的创建

进度有点慢了，我们直接看代码：

1.静态顺序表：

将数组元素个数用宏(N)表示，此后凡是需要改变数组个数，不用一个一个改，只用改N就可以全部替换了；将顺序表的数组元素类型改名为SLDataType也是同理；

2.动态顺序表

其实动态数组的创建的一些情况还是和静态数组一样的，比如把struct SeqList的名字改成SL，元素类型用SLDataType。主要不同的点是用指针管理开辟的数组空间，多一个capacity变量表示数组的最大容量。

补充：分模块写的重要性

test.c文件是用来测试SeqList的功能的一个文件。
SeqList.h用来声明接口函数的，还有一些宏，程序用得到的库函数头文件等。
SeqList.c是用来实现接口函数的。

补充：使用宏#pragma once可以防止头文件被多次包含；我们引头文件的时候，编译器会把头文件里的内容复制一份放到我们的程序当中，如果我们多次引用，就会有很多重复的代码，这个宏就够很好的防止头文件被多次引用。

好的，前提都说完了，进入正题。学习思想，实现接口函数。

4*接口函数的详细讲解

4.1初始化结构体

记住结构体中，有三个结构成员，a是用来指向堆区数组的指针、size是用来表示数组里有多少个数据、capacity是用来表示数组能存储的数据个数。

下面我们就不再写结构体是什么了，就是写接口函数，这样才不会占用太多的篇幅。

//初始化结构体
void SeqListInit(SL* ps)
{
	ps->a = NULL;
	ps->size = ps->capacity = 0;
}

int main()
{
    SL s1;
    SeqListInit(&s1)
    
}

看到下面这个图，相信不是很理解指针和结构的读者都可以尝试理解。

4.2尾插

void SeqListPushBack(SL* ps, SLDataType x)
{
    //检查容量
    if(ps->size == ps->capacity)
    {
        //为了防止初始化capacity为0，每次乘二也为0，所以判断capacity是否为0，为零先赋值成4。
        int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4: capacity*2;
        //注意是SLDataType*，返回这块空间的首元素地址，是SLDataType类型。
        SLDataType* tmp = (SLDataType*)realloc(ps->a, newcapacity*sizeof(SLDataType));
        //判断realloc成不成功，不成功realloc返回NULL
        if(tmp == NULL)
        {
            printf(realloc 失败
);
            //系统函数exit，执行到exit整个程序直接结束，-1是一个错误码而已。
            exit(-1);
        }
        //将新空间的地址交给a管理
        ps->a = tmp;
        //更新capacity的容量
        ps->capacity = newcapacity;
    }
    //尾部加元素，size是数组最后一个数据下一个位置的下标
    ps->a[ps->size] = x;
    size++;
}

尾插其实不难的：大家看看下面的图吧

需要额外关注的一点是：每次插入数据，数据个数增加，我们需要考虑size会不会等于capacity，一旦等于就扩容，我们前面的检查容量就是做这个事情。

4.3打印数据

既然通过尾插插入了一些数据，我们需要看一看有没有成功，把数组里的内容打印出来看看。

void SeqListPrint(SL* ps)
{
    for(int i = 0; i < ps->size; i++)
    {
        printf("%d ", ps->a[i]);
    }
    printf("
");
}

打印也很简单~，用VS编译器测试一下出来看吧！

4.4用完后销毁创建的堆空间

void SeqListDestory(SL* ps)
{
    free(ps->a);
    ps->a = NULL;
    //可以连续赋值
    ps->size = ps->capacity = 0;
}

补充：如果一个堆区空间没有被释放，那么将会引起内存泄漏，导致程序的内存空间越来越少，因为没有释放的堆区空间既不能被我们使用(指向该处的指针已被销毁)，操作系统也没法回收。所以，只要动态开辟了空间的，最后要释放掉。

4.5 尾删

void SeqListPopBack(SL* ps)
{
    //不动于声的方式，当size不符合条件是，不执行就是了，
    //assert是只要有触碰的倾向，直接报错，可以看下面另一种方式的解释。
    if(ps->size > 0)
    {
         ps->size--;    
    }
   
}

尾删的时候，让size--就可以了。因为size是标识着顺序表的有效数据个数的，当size减一的时候，顺序表的最后一个数据就不再是有效数据了，顺序表访问不到了。

当没有数据的时候，size不要继续往后减了，因为这样size表示的就是数组外的下标了，此时很容易造成非法访问的错误，所以加上size>0的限制条件。比如当size为1的时候，尾删1个，此时，size符合条件进入if并成功将size减成了0，再次调用的时候，不符合条件，防止将size减减。

下面是另一种方式：

#include <assert.h>
void SeqListPopBcak(SL* ps)
{
    //断言，如果条件为真则相安无事，如果条件为假，直接挂断程序，并报出错误。
    assert(ps->size > 0);
    ps->size--;
}

4.6头插

在数组的第一个位置插入一个元素，为了实现这个做法，我们需要把原先所有的数据往后挪一个位置。

不管是头插还是尾插，只要是插入，就得保证插入数据后不会超出容量，也就是在头插实现部分也要使用检查容量的代码，因此我们可以把检查容量的代码封装成一个函数，调用就可以了。

接下来看到头插的实现部分：

void SeqListPushFront(SL* ps, SLDataType x)
{
    SeqListCheckCapacity(ps);//检查容量的接口函数
    int end = ps->size-1;
    while(end>=0)
    {
        ps->a[end+1] = ps->a[end];
        end--;
    }
    ps->a[0] = x;
    ps->size++;
}

//用for循环实现移动数据
int end = ps->size-1;
for(int i = end; i >= 0; i--)
{
    ps->a[i+1] = ps->[i];
}
ps->a[0] = x;
ps->size++;

将检查容量，决定需不需要扩容的代码块分装成函数，很方便。

4.7头删

头删其实就是将第一个数据后的所有元素向前移动一个数据位置。

void SeqListPopFront(SL* ps)
{
    assert(ps->size > 0);
    int begin = 1;
    while(begin < ps->size)
    {
        ps->a[begin-1] = ps->a[begin];
        ++begin;
    }
    ps->size--;
}

//用for循环实现移动数据
int begin = 1;
for(int i = begin; i < ps->size; i++)
{
    ps->a[i-1] = ps->a[i];
}
ps->size--;

//也可以是
int begin = 0;
for(int i = begin; i < ps->size-1; i++)
{
    ps->a[i] = ps->a[i+1];
}

4.8查找

查找是在数组里查找到一个数据，找到了返回数据的下标，找不到返回-1。

int SeqList(SL* ps, SLDataType x)
{
    for(int i = 0; i < ps->size; i++)
    {
        if(ps->a[i] == x)
        {
            return i;
        }
    }
    return -1;
}

4.9任意位置插入

对于任意位置插入，有一定的插入范围限制；一个是不能插入到超过size下标的地方，可以等于。插入在以size为下标的地方，这相当与尾插；另一个是不能在小于0的下标处插入数据；

void SeqListInsert(SL* ps, int pos, SLDataType x)//pos是要插入的下标
{
    //温柔的方式
    /*
    if(pos > ps->size || pos < 0)
    {
        printf("下标pos不能插入数据
");
        return;
    }
    */
    //暴力的方式
    assert(pos <= ps->size && pos>=0);
    SeqListCheckCapacity(ps);
    int end = ps->size-1;
    //包括要插入的位置的数据也给往后挪，也就是end=pos进入循环
    while(end>=pos)
    {
        ps->a[end+1] = ps->a[end];
        --end;
    }
    ps->a[pos] = x;
    ps->size++;
}

//使用for循环挪动数据
int end = ps->size-1;
for(int i = end; i >= pos; i--)
{
    ps->a[i+1] = ps->a[i];
}

如果想在某个数据位置上插入一个新的数据，我们可以使用SeqListFind计算出相应的下标，带进任意插入的接口函数中就可以了。

改变其它的函数：

改变头插

既然我们现在已经实现了可以再任意位置插入，那头插就是任意插入的一个特殊情况，我们可以直接锁定插入的位置pos为0，调用函数SeqListInsert(&s1, 0, 数据)；尾插也一样；

void SeqListPushFront(SL* ps, SLDataType x)
{
    //一句代码搞定头插
    SeqListInsert(ps, 0, x);

尾插如下：

void SeqListPushBack(SL* ps, SLDataType x)
{
    SeqListInsert(ps, ps->size, x);
}

4.10任意位置删除

任意删除的位置的范围限制是：pos的位置不能小于下标0、pos的位置不能大于size。这里不像插入数据一样可以等于size，因为size为下标处没有数据。

void SeqListErase(SL* ps, int pos)
{
    assert(ps->size > 0);//保证有数字可以删除
    assert(pos >= 0 && pos < ps->size);
    
    int begin = pos + 1;
    while(begin < ps->size)
    {
        ps->a[begin-1] = ps->a[begin];
        ++begin;
    }
    ps->size--;
}

//用for循环移动数据
int begin = pos;
for(int i = begin; i < ps->size-1; i++)
{
    ps->a[i] = ps->a[i+1];
}
ps->size--

同上：学完任意位置删除元素，我们可以对头删和尾删给改一下，它们都是是任意位置删除的特殊情况。

头删：

void SeqListPopFront(SL* ps)
{
    SeqListEras(ps, 0);
}

尾删：

void SeqListPopBack(SL* ps)
{
    SeqLisErase(ps, ps->size-1);
}

尾部删除就是最后一个数据，下标自然是size-1啦。

好啦，到这里，顺序表的内容就讲完啦，更新不易，求波点赞吧~

结语：希望读者读完能有所收获！对数据结构有进一步的认识！✔

读者对本文不理解的地方，或是发现文章内容上有误等，请在下方评论留言告诉博主哟~，也可以对博主提出一些文章改进的建议，感激不尽！最后的最后！

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风语者！平时喜欢研究各种技术，目前在从事后端开发工作，热爱生活、热爱工作。

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前言：

1.线性表的性质

2.静态数组or动态数组

2.1静态数组

2.2动态数组

3.结构体的创建

4*接口函数的详细讲解

4.1初始化结构体

4.2尾插

4.3打印数据

4.4用完后销毁创建的堆空间

4.5 尾删

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4.7头删

4.8查找

4.9任意位置插入

4.10任意位置删除

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