数据结构笔记——2. 线性表
文章目录
- （1）. 线性表的本质
- （2）. 线性表的顺序存储结构
- （3）. 线性表的链式存储结构
- （4）. 小结
（1）. 线性表的本质
线性表可用于描述“队列类型”关系的问题
-
线性表的定义
-
线性表（List）是零个或多个数据元素的集合
-
线性表中的数据元素之间是有顺序的
-
线性表中的数据元素个数是有限的
-
线性表中的数据元素的类型必须相同
-
-
线性表的性质
-
a0为线性表的第一个元素，只有一个后继
-
an为线性表的最后一个元素，只有一个前驱
-
除a0和an外的其他元素ai，既有前驱，又有后继
-
线性表能够逐项访问和顺序存取
-
（2）. 线性表的顺序存储结构
-
顺序存储定义
线性表的顺序存储结构，指的是用一段地址连续的存储单元依次存储线性表的数据元素。
-
部分功能实现
-
存储实现
typedef struct _tag_SeqList { int capacity; // 线性表存储容量 int length; // 线性表当前长度 TSeqListNode* node; // 存储空间起始地址 } TSeqList; -
创建线性表操作
SeqList* SeqList_Create(int capacity) { TSeqList* ret = NULL; // 1. 创建存储空间 if (capacity >= 0) { ret = (TSeqList*)malloc(sizeof(TSeqList) + sizeof(TSeqListNode) * capacity); } // 2. 初始化线性表 if (ret != NULL) { ret->capacity = capacity; ret->length = 0; // 3. 指针操作 ret->node = (TSeqListNode*)(ret + 1); } return ret; } -
插入元素操作
int SeqList_Insert(SeqList* list, SeqListNode* node, int pos) { // 1. 判断线性表是否合法 TSeqList* sList = (TSeqList*)list; int ret = (sList != NULL); int i = 0; // 2. 判断插入位置是否合法 ret = ret && (sList->length + 1 <= sList->capacity); ret = ret && (0 <= pos); if (ret) { // 3. 若插入位置大于当前长度，则将元素放在最后 if (pos >= sList->length) { pos = sList->length; } // 4. 从最后一个元素开始到第pos个元素，分别将他们都向后移动一个位置 for (i = sList->length; i > pos; i--) { sList->node[i] = sList->node[i-1]; } // 5. 将新元素插入 sList->node[i] = (TSeqListNode)node; // 6. 长度加1 sList->length++; } return ret; } -
删除元素操作
SeqListNode* SeqList_Delete(SeqList* list, int pos) { // 1. 进行位置合法性检测与删除元素获取 TSeqList* sList = (TSeqList*)list; SeqListNode* ret = SeqList_Get(list, pos); int i = 0; // 2. 判断线性表是否合法 if (ret != NULL) { // 3. 把删除位置pos后的元素分别向前移动一个位置 for (i = pos + 1; i < sList->length; i++) { sList->node[i - 1] = sList->node[i]; } // 4. 长度减1 sList->length--; } return ret; }
-
-
优缺点：
-
优点：
-
无需为线性表中的逻辑关系增加额外的空间
-
可以快速的获取表中合法位置的元素
-
-
缺点：
-
插入和删除操作需要移动大量元素
-
当线性表长度变化较大时难以确定存储空间的容量
-
-
-
工程实例
-
头文件
#ifndef _SEQLIST_H_ #define _SEQLIST_H_ typedef void SeqList; typedef void SeqListNode; /* 该方法用于创建并且返回一个空的线性表 */ SeqList* SeqList_Create(int capacity); /* 该方法用于销毁一个线性表list */ void SeqList_Destroy(SeqList* list); /* 该方法用于将一个线性表list中的所有元素清空 使得线性表回到创建时的初始状态 */ void SeqList_Clear(SeqList* list); /* 该方法用于返回一个线性表list中的所有元素个数 */ int SeqList_Length(SeqList* list); /* 该方法用于返回一个线性表list中最大容量 */ int SeqList_Capacity(SeqList* list); /* 该方法用于向一个线性表list的pos位置处插入新元素node 返回值为1表示插入成功，0表示插入失败 */ int SeqList_Insert(SeqList* list, SeqListNode* node, int pos); /* 该方法用于获取一个线性表list的pos位置处的元素 返回值为pos位置处的元素，NULL表示获取失败 */ SeqListNode* SeqList_Get(SeqList* list, int pos); /* 该方法用于删除一个线性表list的pos位置处的元素 返回值为被删除的元素，NULL表示删除失败 */ SeqListNode* SeqList_Delete(SeqList* list, int pos); #endif -
实现文件
#include#include #include "SeqList.h" typedef unsigned int TSeqListNode; typedef struct _tag_SeqList { int capacity; int length; TSeqListNode* node; } TSeqList; SeqList* SeqList_Create(int capacity) { TSeqList* ret = NULL; // 1. 创建存储空间 if (capacity >= 0) { ret = (TSeqList*)malloc(sizeof(TSeqList) + sizeof(TSeqListNode) * capacity); } // 2. 初始化线性表 if (ret != NULL) { ret->capacity = capacity; ret->length = 0; // 3. 指针操作 ret->node = (TSeqListNode*)(ret + 1); } return ret; } void SeqList_Destroy(SeqList* list) { free(list); list = NULL; } void SeqList_Clear(SeqList* list) { TSeqList* sList = (TSeqList*)list; if( sList != NULL ) { sList->length = 0; } } int SeqList_Length(SeqList* list) { TSeqList* sList = (TSeqList*)list; int ret = -1; if( sList != NULL ) { ret = sList->length; } return ret; } int SeqList_Capacity(SeqList* list) { TSeqList* sList = (TSeqList*)list; int ret = -1; if( sList != NULL ) { ret = sList->capacity; } return ret; } int SeqList_Insert(SeqList* list, SeqListNode* node, int pos) { // 1. 判断线性表是否合法 TSeqList* sList = (TSeqList*)list; int ret = (sList != NULL); int i = 0; // 2. 判断插入位置是否合法 ret = ret && (sList->length + 1 <= sList->capacity); ret = ret && (0 <= pos); if (ret) { // 3. 若插入位置大于当前长度，则将元素放在最后 if (pos >= sList->length) { pos = sList->length; } // 4. 从最后一个元素开始到第pos个元素，分别将他们都向后移动一个位置 for (i = sList->length; i > pos; i--) { sList->node[i] = sList->node[i-1]; } // 5. 将新元素插入 sList->node[i] = (TSeqListNode)node; // 6. 长度加1 sList->length++; } return ret; } SeqListNode* SeqList_Get(SeqList* list, int pos) { TSeqList* sList = (TSeqList*)list; SeqListNode* ret = NULL; if ((sList != NULL) && (0 <= pos) && (pos < sList->length)) { ret = (SeqListNode*)(sList->node[pos]); } return ret; } SeqListNode* SeqList_Delete(SeqList* list, int pos) { // 1. 进行位置合法性检测与删除元素获取 TSeqList* sList = (TSeqList*)list; SeqListNode* ret = SeqList_Get(list, pos); int i = 0; // 2. 判断线性表是否合法 if (ret != NULL) { // 3. 把删除位置pos后的元素分别向前移动一个位置 for (i = pos + 1; i < sList->length; i++) { sList->node[i - 1] = sList->node[i]; } // 4. 长度减1 sList->length--; } return ret; } -
测试文件
#include#include #include "SeqList.h" int main(int argc, char *argv[]) { SeqList* list = SeqList_Create(3); int i = 0; int j = 1; int k = 2; int x = 3; int index = 0; SeqList_Insert(list, &i, 0); SeqList_Insert(list, &j, 0); SeqList_Insert(list, &k, 0); SeqList_Insert(list, &x, 0); for(index=0; index<SeqList_Length(list); index++) { int* p = (int*)SeqList_Get(list, index); printf("%d\n", *p); } printf("\n"); while( SeqList_Length(list) > 0 ) { int* p = (int*)SeqList_Delete(list, 0); printf("%d\n", *p); } SeqList_Destroy(list); return 0; }
-
（3）. 线性表的链式存储结构
-
链式存储定义
为了表示每一个数据元素与其直接后继元素之间的逻辑关系，每个元素除了存储本身的信息外，还需要存储指示其直接后继的信息。
-
部分功能实现
- 插入元素操作
int LinkList_Insert(LinkList* list, LinkListNode* node, int pos) { // 1. 线性表与插入位置合法性检测 TLinkList* sList = (TLinkList*)list; int ret = (sList != NULL) && (pos >= 0) && (node != NULL); int i = 0; if( ret ) { LinkListNode* current = (LinkListNode*)sList; // 2. 由表头开始通过next指针移动pos次后，当前元素的next指针即指向要插入的位置 for(i=0; (i<pos) && (current->next != NULL); i++) { current = current->next; } // 3. 将新元素插入 node->next = current->next; current->next = node; // 4. 线性表长度加1 sList->length++; } return ret; } - 删除元素操作
LinkListNode* LinkList_Delete(LinkList* list, int pos) { TLinkList* sList = (TLinkList*)list; LinkListNode* ret = NULL; int i = 0; // 1. 线性表与删除位置合法性检测 if( (sList != NULL) && (0 <= pos) && (pos < sList->length) ) { LinkListNode* current = (LinkListNode*)sList; // 2. 由表头开始通过next指针移动pos次后，当前元素的next指针即指向要删除元素的位置 for(i=0; i<pos; i++) { current = current->next; } // 3. 获取将删除的元素 ret = current->next; // 4. 将元素舍弃 current->next = ret->next; // 5. 线性表长度减1 sList->length--; } return ret; }
- 插入元素操作
-
优缺点：
-
优点：
-
无需一次性定制链表的容量
-
插入和删除操作无需移动数据元素
-
-
缺点：
-
数据元素必须保存后继元素的位置信息
-
获取指定数据的元素操作需要顺序访问之前的元素
-
-
-
工程实例
-
头文件
#ifndef _LINKLIST_H_ #define _LINKLIST_H_ typedef void LinkList; typedef struct _tag_LinkListNode LinkListNode; struct _tag_LinkListNode { LinkListNode* next; }; /* 该方法用于创建并且返回一个空的线性表 */ LinkList* LinkList_Create(); /* 该方法用于销毁一个线性表list */ void LinkList_Destroy(LinkList* list); /* 该方法用于将一个线性表list中的所有元素清空 使得线性表回到创建时的初始状态 */ void LinkList_Clear(LinkList* list); /* 该方法用于返回一个线性表list中的所有元素个数 */ int LinkList_Length(LinkList* list); /* 该方法用于向一个线性表list的pos位置处插入新元素node 返回值为1表示插入成功，0表示插入失败 */ int LinkList_Insert(LinkList* list, LinkListNode* node, int pos); /* 该方法用于获取一个线性表list的pos位置处的元素 返回值为pos位置处的元素，NULL表示获取失败 */ LinkListNode* LinkList_Get(LinkList* list, int pos); /* 该方法用于删除一个线性表list的pos位置处的元素 返回值为被删除的元素，NULL表示删除失败 */ LinkListNode* LinkList_Delete(LinkList* list, int pos); #endif -
实现文件
#include#include #include "LinkList.h" typedef struct _tag_LinkList { LinkListNode header; int length; } TLinkList; LinkList* LinkList_Create() { TLinkList* ret = (TLinkList*)malloc(sizeof(TLinkList)); if( ret != NULL ) { ret->length = 0; ret->header.next = NULL; } return ret; } void LinkList_Destroy(LinkList* list) { free(list); list = NULL; } void LinkList_Clear(LinkList* list) { TLinkList* sList = (TLinkList*)list; if( sList != NULL ) { sList->length = 0; sList->header.next = NULL; } } int LinkList_Length(LinkList* list) { TLinkList* sList = (TLinkList*)list; int ret = -1; if( sList != NULL ) { ret = sList->length; } return ret; } int LinkList_Insert(LinkList* list, LinkListNode* node, int pos) { TLinkList* sList = (TLinkList*)list; int ret = (sList != NULL) && (pos >= 0) && (node != NULL); int i = 0; if( ret ) { LinkListNode* current = (LinkListNode*)sList; for(i=0; (i<pos) && (current->next != NULL); i++) { current = current->next; } node->next = current->next; current->next = node; sList->length++; } return ret; } LinkListNode* LinkList_Get(LinkList* list, int pos) { TLinkList* sList = (TLinkList*)list; LinkListNode* ret = NULL; int i = 0; if( (sList != NULL) && (0 <= pos) && (pos < sList->length) ) { LinkListNode* current = (LinkListNode*)sList; for(i=0; i<pos; i++) { current = current->next; } ret = current->next; } return ret; } LinkListNode* LinkList_Delete(LinkList* list, int pos) { TLinkList* sList = (TLinkList*)list; LinkListNode* ret = NULL; int i = 0; if( (sList != NULL) && (0 <= pos) && (pos < sList->length) ) { LinkListNode* current = (LinkListNode*)sList; for(i=0; i<pos; i++) { current = current->next; } ret = current->next; current->next = ret->next; sList->length--; } return ret; } -
测试文件
#include#include #include "LinkList.h" struct Value { LinkListNode header; int v; }; int main(int argc, char *argv[]) { int i = 0; LinkList* list = LinkList_Create(); struct Value v1; struct Value v2; v1.v = 1; v2.v = 2; LinkList_Insert(list, (LinkListNode*)&v1, LinkList_Length(list)); LinkList_Insert(list, (LinkListNode*)&v2, LinkList_Length(list)); for(i=0; i<LinkList_Length(list); i++) { struct Value* pv = (struct Value*)LinkList_Get(list, i); printf("%d\n", pv->v); } while( LinkList_Length(list) > 0 ) { struct Value* pv = (struct Value*)LinkList_Delete(list, 0); printf("%d\n", pv->v); } LinkList_Destroy(list); return 0; }
-
（4）. 小结
-
代码难点主要在于插入与删除的实现，后续代码实现会在此代码基础上进行修改或调用。
-
本文及以后代码实现，目的在于实现一种可复用的代码程序，故只保存具体数据元素的地址。