【数据结构】C语言实现顺序表

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一、顺序表概念

顺序表是用一段物理地址连续的存储单元依次存储数据元素的线性结构，一般情况下采用数组存储。在数组上完成数据的增删查改。

顺序表一般可以分为：

1. 静态顺序表：使用定长数组存储元素。
2. 动态顺序表：使用动态开辟的数组存储。

// 静态顺序表
// 给小了不够用，给多了浪费
#define N 10000
typedef int SeqListDatatype;
struct SeqList
{
	SeqListDatatype array[N];
	int size;
};

// 动态顺序表
typedef int SeqListDatatype;
typedef struct SeqList
{
	SeqListDatatype* array;
	int size;       // 存储的有效数据的个数
	int capacity;   // 容量
}SeqList;

静态顺序表只适用于确定知道需要存多少数据的场景。静态顺序表的定长数组导致N定大了，空间开多了浪费，开少了不够用。所以现实中基本都是使用动态顺序表，根据需要动态的分配空间大小，所以下面我们实现动态顺序表。

二、顺序表接口定义

// 初始化、销毁
void SeqListInit(SeqList* psl); 
void SeqListDestroy(SeqList* psl);

// 打印顺序表
void SeqListPrint(SeqList* psl);

// 尾插、头插
void SeqListPushBack(SeqList* psl, SeqListDatatype x);
void SeqListPushFront(SeqList* psl, SeqListDatatype x);

// 尾删、头删
void SeqListPopBack(SeqList* psl);
void SeqListPopFront(SeqList* psl);

// 指定位置插入、删除
void SeqListInsert(SeqList* psl, int pos, SeqListDatatype x);
void SeqListErase(SeqList* psl, int pos);

// 查找与修改
int SeqListFind(SeqList* psl, SeqListDatatype x);
void SeqListModify(SeqList* psl, int pos, SeqListDatatype x);

三、顺序表实现

3.1 初始化、销毁与打印

初始化我们预置了4个容量。

void SeqListInit(SeqList* psl)
{
	assert(psl);
	psl->array = (SeqListDatatype*)malloc(sizeof(SeqListDatatype) * 4);
	if (psl->array == NULL)
	{
		perror("malloc fail");
		return;
	}

	psl->capacity = 4;
	psl->size = 0;
}

void SeqListDestroy(SeqList* psl)
{
	assert(psl);
	free(psl->array);
	psl->array = NULL;
	psl->size = 0;
	psl->capacity = 0;
}

void SeqListPrint(SeqList* psl)
{
	assert(psl);
	for (int i = 0; i < psl->size; i++)
	{
		printf("%d ", psl->array[i]);
	}
	printf("\n");
}

3.2 尾插pushback

插入之前都要检查容量。

void SeqListPushBack(SeqList* psl, SeqListDatatype x)
{
	assert(psl);

	SeqListCheckCapacity(psl);

	psl->array[psl->size++] = x;
}

3.3 头插pushfront

插入之前都要检查容量。

void SeqListPushFront(SeqList* psl, SeqListDatatype x)
{
	assert(psl);

	SeqListCheckCapacity(psl);

	// 挪动数据
	int end = psl->size - 1;
	while (end >= 0)
	{
		psl->array[end + 1] = psl->array[end];
		--end;
	}

	psl->array[0] = x;
	psl->size++;
}

3.4 尾删popback

void SeqListPopBack(SeqList* psl)
{
	assert(psl);
	assert(psl->size > 0);

	psl->size--;
}

3.5 头删popfront

void SeqListPopFront(SeqList* psl)
{
	assert(psl);
	assert(psl->size > 0);

	/*int start = 0;
	while (start < psl->size-1)
	{
		psl->array[start] = psl->array[start + 1];
		start++;
	}*/

	int start = 1;
	while (start < psl->size)
	{
		psl->array[start - 1] = psl->array[start];
		start++;
	}

	psl->size--;
}

3.6 插入Insert-改写头插尾插

插入之前都要检查容量。

void SeqListInsert(SeqList* psl, int pos, SeqListDatatype x)
{
	assert(psl);
	assert(0 <= pos && pos <= psl->size);

	SeqListCheckCapacity(psl);

	int end = psl->size - 1;
	while (end >= pos)
	{
		psl->array[end + 1] = psl->array[end];
		--end;
	}

	psl->array[pos] = x;
	psl->size++;
}

void SeqListPushBack(SeqList* psl, SeqListDatatype x)
{
	assert(psl);

	SeqListInsert(psl, psl->size, x);
}

void SeqListPushFront(SeqList* psl, SeqListDatatype x)
{
	assert(psl);

	SeqListInsert(psl, 0, x);
}

3.7 删除erase-改写头删尾删

void SeqListErase(SeqList* psl, int pos)
{
	assert(psl);
	assert(0 <= pos && pos < psl->size);

	int start = pos + 1;
	while (start < psl->size)
	{
		psl->array[start - 1] = psl->array[start];
		++start;
	}

	psl->size--;
}

void SeqListPopBack(SeqList* psl)
{
	assert(psl);
	assert(psl->size > 0);

	SeqListErase(psl, psl->size - 1);
}

void SeqListPopFront(SeqList* psl)
{
	assert(psl);
	assert(psl->size > 0);

	SeqListErase(psl, 0);
}

3.8 查找Find

查找成功返回元素所在下标，查找失败返回-1。

int SeqListFind(SeqList* psl, SeqListDatatype x)
{
	assert(psl);

	for (int i = 0; i < psl->size; i++)
	{
		if (psl->array[i] == x)
		{
			return i;
		}
	}

	return -1;
}

3.9 修改Modify

如果修改位置合法直接修改为指定元素。

void SeqListModify(SeqList* psl, int pos, SeqListDatatype x)
{
	assert(psl);
	assert(0 <= pos && pos < psl->size);

	psl->array[pos] = x;
}

3.10 顺序表测试

int main(int argc, char* argv[]) {
	
	TestSeqList();

	printf("bye bye\n");
	return 0;
}

void TestSeqList()
{
	SeqList sl;
	SeqListInit(&sl);

	SeqListPushBack(&sl, 1);
	SeqListPushBack(&sl, 2);
	SeqListPushBack(&sl, 3);
	SeqListPushBack(&sl, 4);
	SeqListPushBack(&sl, 5);
	SeqListPushBack(&sl, 6);
	SeqListPrint(&sl); // 1 2 3 4 5 6

	SeqListPopFront(&sl);
	SeqListPrint(&sl); // 2 3 4 5 6

	int pos = SeqListFind(&sl, 6);
	if (pos != -1)
	{
		SeqListErase(&sl, pos);
	}
	SeqListPrint(&sl); // 2 3 4 5

	SeqListDestroy(&sl);
}

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四、顺序表存在的问题

问题：

1. 中间/头部的插入删除，时间复杂度为O(N)
2. 增容需要申请新空间，拷贝数据，释放旧空间。会有不小的消耗。
3. 增容一般是呈2倍的增长，势必会有一定的空间浪费。例如当前容量为100，满了以后增容到200，我们再继续插入了5个数据，后面没有数据插入了，那么就浪费了95个数据空间。

如何解决以上问题呢？链表

五、源码

gitee地址