数据结构之顺序表

Posted 2023-01-28

顺序表(SeqList)是在计算机内存中以数组形式保存的线性数据结构，同时具有连续的物理存储空间。元素在顺序表中的位置称为索引(inde

x)。顺序表大致分为静态顺序表和动态顺序表，前者的容量一经定义就无法改变，后者可随时进行容量调整。动态顺序表在数组的基础上具有容量检测和调整等其他功能接口，使数组的使用更加丰富和方便。

逻辑结构

顺序表的逻辑结构为线性结构，各个元素在逻辑结构上相邻。

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物理结构

顺序表的物理结构为线性结构，各个元素在内存中相邻存放。

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顺序表定义

#define DEFAULT_CAPA 20//初始容量
#define EXP_SZ 20//增容大小

typedef int SeqListDataTp;//顺序表数据类型

typedef struct SeqList

  SeqListDataTp* data;
  int size;//记录当前数据数量
  int capacity;//记录当前最大容量
SeqList;

void SeqListInit(SeqList* sl);
void SeqListPushBack(SeqList* sl, const SeqListDataTp x);
void SeqListPopBack(SeqList* sl);
void SeqListPushFront(SeqList* sl, const SeqListDataTp x);
void SeqListPopFront(SeqList* sl);
int SeqListSz(SeqList* sl);
bool SeqListEmpty(SeqList* sl);
int SeqListFind(SeqList* sl, const SeqListDataTp aim);
void SeqListModify(SeqList* sl, const int pos, const SeqListDataTp aim);
void SeqListDel(SeqList* sl, const int pos);
void SeqListInsert(SeqList* sl, const int pos, const SeqListDataTp x);
void SeqListClear(SeqList* sl);
void SeqListDestory(SeqList* sl);

接口实现

小组件

容量检查和调整。该组件会在顺序表容量不足时进行扩容操作，在容量冗余时进行缩容操作，以达到尽量节省空间的目的。

void CheckCap(SeqList* sl)

  assert(sl);
  if (sl->size == sl->capacity)
  
    SeqListDataTp* tmp = (SeqListDataTp*)realloc(sl->data,
      sizeof(SeqListDataTp) * (EXP_SZ + sl->capacity));
    if (tmp == NULL)
    
      perror("Check::realloc");
    
    else
    
      sl->data = tmp;
      sl->capacity += EXP_SZ;
    
  
  else if (sl->capacity - sl->size > EXP_SZ)
  
    SeqListDataTp* tmp = (SeqListDataTp*)realloc(sl->data,
      sizeof(SeqListDataTp) * (sl->size + EXP_SZ));
    if (tmp == NULL)
    
      perror("Check::realloc");
    
    else
    
      sl->data = tmp;
      sl->capacity = sl->size + EXP_SZ;
    
  

初始化顺序表

void SeqListInit(SeqList* sl)

  assert(sl);
  sl->data = (SeqListDataTp*)malloc(sizeof(SeqListDataTp) *
    DEFAULT_CAPA);
  if (sl->data == NULL)
  
    perror("SeqListInit::malloc:");
  
  else
  
    sl->size = 0;
    sl->capacity = DEFAULT_CAPA;
  

头部插入/删除

void SeqListPushBack(SeqList* sl, const SeqListDataTp x)//头插

  assert(sl);
  CheckCap(sl);//容量检查和调整
  sl->data[sl->size] = x;
  sl->size++;


void SeqListPopBack(SeqList* sl)//头删

  assert(sl);
  if (sl->size == 0)//顺序表为空
  
    printf("NULL\\n");
    return;
  
  sl->data[sl->size - 1] = 0;
  sl->size--;
  CheckCap(sl);

尾部插入/删除

void SeqListPushFront(SeqList* sl, const SeqListDataTp x)

  assert(sl);
  CheckCap(sl);
  memmove(sl->data + 1, sl->data, 
    sizeof(SeqListDataTp) * sl->size);
  sl->data[0] = x;
  sl->size++;


void SeqListPopFront(SeqList* sl)

  assert(sl);
  if (sl->size == 0)
  
    printf("NULL\\n");
    return;
  
  memmove(sl->data, sl->data + 1,
    sizeof(SeqListDataTp) * sl->size);
  sl->data[sl->size - 1] = 0;
  sl->size--;
  CheckCap(sl);

显示当前数据个数

int SeqListSz(SeqList* sl)

  assert(sl);
  return sl->size;

判断是否为空

bool SeqListEmpty(SeqList* sl)

  assert(sl);
  return sl->size == 0;

显示当前最大容量

int SeqListCap(SeqList* sl)

  assert(sl);
  return sl->capacity;

寻找指定的值

int SeqListFind(SeqList* sl, const SeqListDataTp aim)

  for (int i = 0; i < sl->size; i++)
  
    if (sl->data[i] == aim)
    
      return i;
    
  
  return -1;//找不到返回-1

在指定位置插入数据

void SeqListInsert(SeqList* sl, const int pos, const SeqListDataTp x)

  assert(sl);
  assert(pos <= (sl->size - 1));
  CheckCap(sl);
  memmove(sl->data + pos + 1, sl->data + pos,
    sizeof(SeqListDataTp) * (sl->size - pos));
  sl->data[pos] = x;
  sl->size++;

修改指定位置的数据

void SeqListModify(SeqList* sl, const int pos, const SeqListDataTp aim)

  assert(sl);
  sl->data[pos] = aim;

删除指定位置的数据

void SeqListDel(SeqList* sl, const int pos)

  assert(sl);
  if (sl->size == 0)
  
    printf("NULL\\n");
    return;
  
  memmove(sl->data + pos, sl->data + pos + 1,
    sizeof(SeqListDataTp) * (sl->size - pos - 1));
  sl->data[sl->size - 1] = 0;
  sl->size--;
  CheckCap(sl);

清理顺序表

void SeqListClear(SeqList* sl)

  assert(sl);
  memset(sl->data, 0, sizeof(SeqListDataTp) * sl->size);
  sl->size = 0;
  CheckCap(sl);

销毁顺序表

void SeqListDestory(SeqList* sl)

  assert(sl);
  free(sl->data);
  sl->data = NULL;//置空，避免产生野指针
  sl->size = 0;
  sl->capacity = 0;

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顺序表的缺陷

从上面顺序表的实现中可以看到，顺序表有以下缺陷：

1. 顺序表增容会有一定的性能消耗，且顺序表存在空间浪费现象
2. 进行头部插入/删除操作时，需要移动其他所有数据，效率较低（O(N)）。这个问题其实是顺序表的存储结构造成的。