数据结构与算法分析(线性表实现)

Posted 2021-03-13 miaowulj

★线性表是一个序列（线性结构），具有一定的顺序
★如果有多个元素，第一个元素没有前驱，最后一个元素没有后继
★线性表强调是有限的

一．线性表基本存储结构

㈠.顺序表
——把线性表的结点按逻辑顺序依次存放在一组地址连续的存储单元里，用这种方法存储的线性表简称顺序表
——在顺序表中，线性表的逻辑顺序与物理顺序一致
——在顺序表中，数据元素之间的关系是以元素在计算机内“物理位置相邻”来体现

㈡.单链表
——把线性表的元素任意存放在存储单元结点中，节点之间按照逻辑顺序通过一个个指针依次链接起来，用这种方式存储的线性表简称单链表
——在单链表中，存储单元结点可以是连续的，也可以是不连续的，甚至是零散分布在内存中任意位置上的
——在单链表中，线性表的逻辑顺序与物理顺序不一定相同
——在单链表中，数据元素之间的关系是通过节点间的指针来实现的
1）不带头结点的单链表

2）带头结点的单链表

二.抽象数据类型定义

struct list; //定义结构体作为存储的一级结构
list_init(); //初始化线性表，创建存储空间并返回指向该空间的指针
free(struct list list); //释放内存
clear(struct list list); //清空已定义的存储结构中的元素
isempty(struct list list); //判断存储结构中是否存储有数据元素
count(struct list list); //查看存储结构中存储有多少个数据元素
add(struct list list,int index,int e); //将数据元素存储入已定义的存储结构的指定位置
remove(struct list list,int index); //将线性表指定位置的元素移除
get(struct list list,int index); //将线性表指定位置的元素取出
set(struct list list,int index,int e); //修改线性表指定位置的元素值
lookup(struct list *list,int e); //查看数据e是否存在该线性表中

三.代码实现

list.h

#ifndef __LIST_H__
#define __LIST_H__

struct list;

struct list *list_init();
void list_free(struct list *list);

void list_clear（struct list *list）;
int list_isempty(struct list *list);
int list_count(struct list *list);

void list_add(struct list *list,int index,int e);
int list_remove(struct list *list,int index);
int list_get(struct list *list,int index);
void list_set(struct list *list,int index,int e);

int list_lookup(struct list *list,int e);
#endif

main.c

#include <stdlib.h>
#include <stdlib.h>
include <list.h>
//定义两个线性表，比较两个线性表中的元素，去除两个表中重复的元素
int main(){
  //定义指向list结构体的结构体指针变量lista/listb
  struct list *lista=NULL;
  struct list *listb=NULL;
  //初始化lista，创建线性表并把首地址赋值给lista
  lista=list_init();
  //将0存储到lista指向的线性表存储结构的0号位置处
  list_add(lista,0,0);
  //将2存储到lista指向的线性表存储结构的0号位置处，之前定义在0号位置处的数据元素0会按照.c文件中实现的算法自动移动到0号位置后面作为1号位置的元素
  list_add(lista,0,2);
  list_add(lista,0,5);

  listb=list_init();
  list_add(listb,0,2);
  list_add(list,0,1314);
  list_add(listb,0,5)；

  int i,j,flag;
  //遍历listb指向的线性表存储结构
  for(i=0;i<list_count(listb);j++){
       falg=1;
      for(j=0;i<list_count(lista);j++){//遍历lista指向的线性表存储结构
      if(list_get(listb,i)==list_get(lista,j)){    //两个线性表元素对比，相同的去除
          flag=0;
          break;
      }
   }
   if(flag==1){//两表不同的元素存储(添加）到lista指向存储结构已有元素的后面
       list_add(lista,list_count(lista),list_get(listb,i));
    }
  }
  //将lista指向的存储结构的数据元素循环打印
  for(i=0;i<list_count(lista);i++){
       printf(“%d
”,list_get(lista,i));
  }
  
  list_free(lista);
  list_free(listb);

  return 0;
}

list.c

顺序表

#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <assert.h>
#include "list.h"
//定义数组初始长度为1，每次添加的长度为1
#define LIST_INIT_SIZE 1
#define LIST_INCR_SIZE 1
//定义结构体list作为一级结构，指针变量bottom指向数组，count变量计算线性表中已有元素的个数，size变量计算定义的结构中数组的定义的长度
struct list{
    int *bottom;
    int count;
    int size;
};

struct list *list_init()
{
    struct list *list=NULL;
    list=(struct list *)malloc(sizeof(struct list));
    if(list==NULL)  return NULL;
    
    assert(list!=NULL);
    
    list->bottom=NULL;
    list->count=0;
    list->size=0;
    
    list->bottom=(int *)malloc(sizeof(int)*LIST_INIT_SIZE);
    if(list->bottom==NULL){
        free(list);
        return NULL;
    }
    
    assert(list->bottom!=NULL);
    //将定义的存储结构中的数组空间清零
    memset(list->bottom,0,sizeof(int)*LIST_INIT_SIZE);
    list->size=LIST_INIT_SIZE;
    
    return list;
}

void list_free(struct list *list)
{
    assert(list->bottom!=NULL);
    assert(list!=NULL);
    
    free(list->bottom);
    free(list);
}

void list_clear(struct list *list)
{
    assert(list->bottom!=NULL);
    assert(list!=NULL);
    
    list->count=0;
}


int list_isempty(struct list *list)
{
    assert(list->bottom!=NULL);
    assert(list!=NULL);
    
    return (list->count==0);
}

int list_count(struct list *list)
{
    assert(list->bottom!=NULL);
    assert(list!=NULL);
    
    return list->count;
}

void list_add(struct list *list,int index,int e)
{
    assert(list->bottom!=NULL);
    assert(list!=NULL);
    //为了防止定义数组长度不够，使用realloc动态增加数组长度
    if(list->count==list->size){
        list->bottom=(int *)realloc(list->bottom,sizeof(int)*(list->size+LIST_INCR_SIZE));
    }
    
    list->size+=LIST_INCR_SIZE;
    
    int i;
    //将数据元素e添加到数组指定位置index，先将index后面的数据元素都后移一位
    for(i=list->count-1;i>index-1;i--){
        list->bottom[i+1]=list->bottom[i];
    }
    //将数据元素e添加到线性表存储结构index位置处  
    list->bottom[index]=e;
    //记录线性表存储结构元素+1
    list->count++;
    
    return;
}

int list_remove(struct list *list,int index)
{
    assert(list->bottom!=NULL);
    assert(list!=NULL);
    assert(index>=0&&index<list->count);
    
    int i;
    int result=-1;
    //将线性表存储结构中数组index位置处数据元素取出
    result=list->bottom[index];
    //将index位置后面的元素均往前一位，覆盖掉数组index位置处的值
    for(i=index;i<list->count-1;i++){
        list->bottom[i]=list->bottom[i+1];
    }   
    //记录线性表存储结构的数组元素减少一位
    list->count--;
    
    return result;
}

int list_get(struct list *list,int index)
{
     assert(list->bottom!=NULL);
    assert(list!=NULL);
    assert(index>=0&&index<list->count);
    
    int result=-1;
    
    result=list->bottom[index];
    
    return result;
}

void list_set(struct list *list,int index,int e)
{
    assert(list->bottom!=NULL);
    assert(list!=NULL);
    assert(index>=0&&index<list->count);
    
    list->bottom[index]=e;
    
    return;
}

int list_lookup(struct list *list,int e)
{
    int i;
    //循环遍历数组元素并与数据元素e做比较
    for(i=0;i<list->count;i++){
        if(list->bottom[i]==e){ 
    return 1;
        } 
    }
    return 0;
}

单链表（不带头结点）

#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <string.h>

#include "list.h"
//定义结构体作为单链表的数据节点，节点中data变量用来存储数据元素，next结构体指针变量用来存储list_node结构体变量的首地址
struct list_node{
    int data;
    struct list_node *next;
}; 
//定义结构体作为一级结构，一级结构中head用来引用结构体list_node类型的数据节点，count用来记录单链表存储结构中一共使用的数据节点的数量
struct list{
    struct list_node *head;
    int count;
};

struct list *list_init()
{
    struct list *list=NULL;
    list=(struct list *)malloc(sizeof(struct list));
    if(list==NULL)  return NULL;
    
    assert(list!=NULL);
    
    list->count=0;
    list->head=NULL;
    
    return list;  
}
//逐级释放内存空间
void list_free(struct list *list)
{
    assert(list!=NULL);
    //定义指向list_node结构体类型的指针变量p
    struct list_node *p=NULL;
    //如果list引用的head变量中存储有list_node结构体类型的地址（list->head后面有数据节点），执行"断链"操作——用p指向list->head指向的元素，list->head指向该数据节点后面的节点（如果还有的话）
    while(list->head!=NULL){
        p=list->head;
        list->head=p->next;
        free(p);
    }
    assert(list->head==NULL);
    
    free(list);
} 

void list_clear(struct list *list)
{
    assert(list!=NULL);
    
    struct list_node *p=NULL;
    //和list_free中的操作同理
    while(list&&list->head!=NULL){
        p=list->head;
        list->head=p->next;
        free(p);
    }
    assert(list->head==NULL);
    
    list->count=0;
}

int list_isempty(struct list *list)
{
    assert(list!=NULL);
    
    return (list->count==0);
}

int list_count(struct list *list)
{
    assert(list!=NULL);
    
    return list->count; 

}

void list_add(struct list *list,int index,int e)
{
    assert(list!=NULL);
    assert(index>=0&&index<=list->count);
    
    int i;
    
    struct list_node *p=NULL;
    //定义指向list_node结构体类型的变量p和node
    struct list_node *node=NULL;
    node=(struct list_node *)malloc(sizeof(struct list_node));
    if(node==NULL){
        perror("malloc node struct error!");
        exit(0);
    }
    //将数据元素e存储到已定义的结构体中，构成数据一个数据节点
    node->data=e;
    node->next=NULL;
    //如果是添加第一个数据节点，让list->head代替node指向该数据节点（将该数据节点链接到定义的单链表存储结构中）
    if(index==0){
        node->next=list->head;
        list->head=node;
        list->count++;
        return;
    }
        //如果并不是添加到第一个位置，将指针变量p移动，指向index位置前面的数据节点
    p=list->head;
    
    for(i=0;i<index-1;i++){
        p=p->next;  
    }
    //用p->next代替node,将数据节点链接到已定义单链表存储结构上
    node->next=p->next;
    p->next=node;
    list->count++;
    
    return;
}

int list_remove(struct list *list,int index)
{
    assert(list!=NULL);
    assert(index>=0&&index<list->count);
    
    int i;
    int result=-1;
    
    struct list_node *p=NULL;
    struct list_node *node=NULL;
    //移除单链表上第一个数据元素，用node代替list->node，将数据节点取出。list->node指向该节点后一个元素
    if(index==0){
        node=list->head;
        list->head=node->next;
        result=node->data;
        list->count--;
        
        return result;
    } 
    
    p=list->head;
    
    for(i=0;i<index-1;i++){
        p=p->next;
    }
    
    node=p->next;
    p->next=node->next;
    result=node->data;
    list->count--;
    
    return result;
}

void list_set(struct list *list,int index,int e)
{
    assert(list!=NULL);
    assert(index>=0&&index<list->count);
    
    int i;
    struct list_node *p=NULL;
    p=list->head;
    
    for(i=0;i<index;i++){
        p=p->next;
    }
    
    p->data=e;
    
    return; 
} 


int list_get(struct list *list,int index)
{
    assert(list!=NULL);
    assert(index>=0&&index<list->count);
    
    struct list_node *p=NULL;
    p=list->head;
    
    int i,result=-1;
    
    for(i=0;i<index;i++){
        p=p->next;
    }
    
    result=p->data;
    
    return result;
}

int list_lookup(struct list *list,int e)
{
    assert(list!=NULL);
    
    int i;
    
    struct list_node *p=NULL;
    
    p=list->head;
    
    for(i=0;i<list->count;i++){
        if(p->data==e){
            return 1;
            break;
        }
        p=p->next;
    }
    return 0;
}

单链表（带头结点）

//基本原理参考不带头结点的单链表
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <string.h>

#include "list.h"

struct list_node{
    int data;
    struct list_node *next;
};

struct list{
    struct list_node *head;
    int count;
};

struct list *list_init()
{
    struct list *list=NULL;
    list=(struct list *)malloc(sizeof(struct list));
    if(list==NULL)  return NULL;
    
    assert(list!=NULL);
    
    list->head=NULL;
    list->count=0;
    
    list->head=(struct list_node *)malloc(sizeof(struct list_node));
    if(list->head==NULL){
        free(list);
        return NULL;
    }
    
    assert(list->head!=NULL);
    //定义头结点
    list->head->data=-1;
    list->head->next=NULL;
    
    return list;
}

void list_free(struct list *list)
{
    assert(list->head!=NULL);
    assert(list!=NULL);
    
    struct list_node *p=NULL;
    
    while(list&&list->head!=NULL){
        p=list->head;
        list->head=p->next;
        free(p);
    }
    assert(list->head==NULL);
    
    free(list);
    
    return;
}

void list_clear(struct list *list)
{
    assert(list->head!=NULL);
    assert(list!=NULL);
    
    struct list_node *p=NULL;
    
    while(list->head->next!=NULL){
        p=list->head->next;
        list->head->next=p->next;
        free(p);
    }
    
    assert(list->head->next==NULL);
    
    list->count=0;
}

int list_isempty(struct list *list)
{
    assert(list->head!=NULL);
    assert(list!=NULL);
    
    return (list->count==0); 
}

int list_count(struct list *list)
{
    assert(list->head!=NULL);
    assert(list!=NULL);
    
    return list->count;
}

void list_add(struct list *list,int index,int e)
{
    assert(list->head!=NULL);
    assert(list!=NULL);
    assert(index>=0&&index<=list->count);
    
    int i;
    
    struct list_node *p=NULL;
    struct list_node *node=NULL;
    
    node=(struct list_node *)malloc(sizeof(struct list_node));
    if(node==NULL){
        perror("malloc node struct error!
");
        exit(1);
    }
    
    node->data=e;
    node->next=NULL;
    
    p=list->head;
    
    for(i=-1;i<index-1;i++){
        p=p->next;
    }
    
    node->next=p->next;
    p->next=node;
    list->count++;
    
    return;
}

int list_remove(struct list *list,int index)
{
    assert(list->head!=NULL);
    assert(list!=NULL);
    assert(index>=0&&index<list->count);
    
    int i;
    int result=-1;
    
    struct list_node *p=NULL;
    struct list_node *node=NULL;
    
    p=list->head;
    
    for(i=-1;i<index-1;i++){
        p=p->next; 
    }
    
    node=p->next;
    p->next=node->next;
    list->count--;
    
    result=node->data;
    
    return result;
}

void list_set(struct list *list,int index,int e)
{
    assert(list->head!=NULL);
    assert(list!=NULL);
    
    struct list_node *p=NULL;
    int i;
    
    p=list->head;
    for(i=-1;i<index;i++){
        p=p->next;
    }
    
    p->data=e;
    
    return;
}

int list_get(struct list *list,int index)
{
    assert(list->head!=NULL);
    assert(list!=NULL);
    
    struct list_node *p=NULL;
    int result=-1;
    int i;
    
    p=list->head;
    
    for(i=-1;i<index;i++){
        p=p->next;
    }
    
    result=p->data;
    
    return result;
}

int list_lookup(struct list *list,int e)
{
    assert(list->head!=NULL);
    assert(list!=NULL);
    
    struct list_node *p=NULL;
    int i;
    
    p=list->head;
    
    for(i=-1;i<list->count-1;i++){
        p=p->next;
        if(list->head->data==e){
            return 1;
            break;
        }
    }
        return 0; 
 }

四． 编译结果