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資料結構之順序表的實作

2020-09-15 05:48:03 後端開發

資料結構之順序表的實作

一、原理

1.定義

順序表是在計算機中以陣列形式保存的，

2.特點

  • 在計算機中占用連續的一段記憶體

  • 一旦宣告，空間大小一般不變

二、初始化相關操作

包括：

  1. 結構體的定義
  2. 順序表的創建
  3. 順序表清空
  4. 判斷順序表是否為空

1.結構體定義

即定一個滿足順序表定義的結構體，其中包含 陣列、存盤長度、總長度，

typedef int ElemType; //將int抽象為ElemType，表明順序表也可以存盤其他型別（如將int改為char）
struct List
{
	ElemType *list; 
	//宣告陣列用于給順序表存盤資料，等價于以下宣告方式
	//ElemType[] list;
	int length; //用于記錄順序表存盤的資料長度
	int MaxSize; //用于記錄順序表最大長度（即最多存盤資料）
}

2.初始化

對順序表進行初始化，包括分配自定義長度的陣列空間，設定存盤長度為0，存盤長度為規定值

//初始化，傳入需要初始化的順序表和初始化長度
void InitList(struct List *L,int maxSize){
  //初始化長度合法性判斷
  if(maxSize<0){
    printf("初始化長度非法!\n");
    exit(1); //退出程式
  }
  //對順序表長度進行賦值
  L->MaxSize = maxSize;
  //根據初始化長度和存盤資料型別來動態分配陣列
  L->list = malloc(sizeof(maxSize*sizeof(ElemType)));
  //分配成功判定
  if(!L->list){
    printf("動態分配存盤失敗\n");
    exit(1);
  }
  //初始化存盤資料為0個
  L->length = 0;
}

3.清空

將順序表內容清空，用于某些題目要求或節省空間

//清空，傳入需要清空的順序表
void ClearList(struct List *L){
  //判斷順序表是否已經為空
  if(L->list!=NULL){
    free(L->list); //釋放順序表中陣列記憶體
    L->list = 0; 
    L->length = 0;
    L->MaxSize = 0;
  }
}

4. 判斷是否為空

判斷順序表是否為空，在某些操作之前，先要判斷順序表是否為空，防止出錯

int isEmpty(struct List *L){
  return L->length==0?1:0; //順序表最大長度為0則為慷訓傳1，否則回傳0
}

三、增加相關操作

包括：

  1. 向表頭插入元素x
  2. 向表尾插入元素x
  3. 向第n個位置插入元素x
  4. 向遞增的線性表中插入元素x，之后仍然保持有序

進行操作之前，還需要一個方法，當插入元素超過陣列長度時，將陣列容量擴大，即重新申請空間

Tip:將順序表擴大一倍空間

void ReMalloc(struct List *L){
	ElemType *p = realloc(L->list,2*L->MaxSize*sizeof(ElemType));
  if(!p){
    printf("空間分配失敗\n");
    exit(1);
  }
  L->list = p; //使list重新指向新生成的空間
  L->MaxSize = 2*L->MaxSize;
  printf("存盤空間已經擴大為2倍\n");
}

1.向表頭插入元素x

void insertElemToHead(struct List *L,ElemType x){
  int i;
  //判斷存盤空間是否已滿
	if(L->length==L->MaxSize){
    printf("存盤空間已滿，重新分配中...");
    ReMalloc(L);
  }
  //所有元素后移
  for(i=L->length;i>0;i--){
    L->list[i+1]=L->list[i];
  }
  L->list[i]=x;
  L->length++;
}

2.向表尾插入元素x

void insertElemToTail(struct List *L,ElemType x){
	 //判斷存盤空間是否已滿
	if(L->length==L->MaxSize){
    printf("存盤空間已滿，重新分配中...");
    ReMalloc(L);
  }
  L->list[L->length++]=x;
}

3.向線性表L的第n個位置插入元素x

void insertElemSomewhere(struct List *L,ElemType x,int n){
   //判斷存盤空間是否已滿
   if(L->length==L->MaxSize){
   printf("存盤空間已滿，重新分配中...");
   ReMalloc(L);
 }
 int i;
 for(i=L->length;i>=n;i--){
 	L->list[i] = L->list[i-1];
 }
 L->list[i] = x;
 L->length--;
}

四、洗掉相關操作

包括：

  1. 洗掉表頭元素并回傳被洗掉的值

  2. 洗掉第n個元素并回傳被洗掉元素

  3. 從線性表L中洗掉值為X的第一個元素

1.洗掉表頭元素并回傳被洗掉的值

洗掉表頭第一個元素，長度減少1，回傳被洗掉的值

ElemType delHeadElem(struct List *L){
	ElemType x = L->list[0];
	//合法性判斷
	if(L->length==0){
		 printf("線性表為空，不能洗掉\n");
     exit(1);
	}
	for(int i=0;i<L->length;i++){
		L->list[i] = L->list[i+1];
	}
	L->length--;
	return x;
}

2.洗掉第n個元素并回傳被洗掉元素

ElemType delSomeElem(struct List *L,int n){
  if(n<L->length){
    printf("n位置越界，不能洗掉");
    exit(1);
  }
  ElemType x = L->list[n-1];
  for(int i=n;i<L->length;i++){
    L->list[i]=L->list[i+1];
  }
  L->length--;
  retur x;
}

3.從線性表L中洗掉值為X的第一個元素

從線性表L中洗掉值為X的第一個元素，若洗掉成功則回傳1，否則回傳0

int delElemKnown(struct List *L,ElemType x){
	int i,j;
  //先找出值為X的下標
  for(i=0;i<L->length;i++){
    if(L->list[i]==x){
      break;
    }
  }
  for(j=i;i<L->length;j++){
    L->list[j]=L->list[j+1];
  }
  L->length--;
  return 1;
}

五、修改相關操作

包括：

  1. 把線性表中第n個元素修改為x

1.把線性表中第n個元素修改為x

把線性表中第n個元素修改為x，若成功則回傳1，失敗回傳0

int updateElemKnown(struct List *L,ElemType x,int n){
	if(n>L->length||n<1){
    return 0;
  }
  L->list[n]=x;
  return 1;
}

六、查找相關操作

包括：

  1. 查找第n個位置的值

  2. 順序遍歷輸出所有值

  3. 回傳值等于x的下標

1.查找第n個位置的值

輸入要查找的坐標，若合法則范圍對應的值，若非法則提示并推出

int getElem(struct List *L,int n){
  if(n<0||n>L->MaxSize){
    printf("查找位置超出長度!\n");
    exit(1);
  }
  return L->list[n-1]; //n-1的原因是查找的第n個是從1開始計數，而陣列是從0開始計數
}

2.順序遍歷輸出所有值

輸出順序表中的所有值

void getAll(struct List *L){
	int i = 0;
	while(i<L->length){
		printf(L->list[i]+"\t");
		i++;
	}
	printf("\n");
}

3.查找值為x的節點并回傳其坐標

輸入要查找的值x，若存在則范圍首次出現的下標，否則回傳0

void findElem(struct List *L,ElemType x){
	int i;
	for(i=0;i<L->length;i++){
		if(L->list[i]==x){
			return i;
		}
	}
}

七、總結

1.優點

  • 查找方便
  • 空間利用率高

2.缺點

  • 洗掉和增加操作效率低
  • 空間固定，不易擴展

八、完整代碼

#include "stdio.h"
#include <stdlib.h>
/**
 * =======順序表的定義=========
 */
typedef int ElemType;
//結構體定義
struct List{
    ElemType *list;//存盤資料
    int length;//存盤長度
    int MaxSize;//最大長度
};

//初始化
void initList(struct List *L,int maxSize){
    //初始化長度合法性判斷
    if(maxSize<0){
        printf("初始化長度非法!\n");
        exit(1); //退出程式
    }
    L->MaxSize = maxSize;
    L->list = malloc(sizeof(maxSize* sizeof(ElemType)));
    //判斷分配空間是否成功
    if(!L->list){
        printf("空間分配失敗");
        exit(1);
    }
    L->length=0;
}

//清空
void clearList(struct List *L){
    if(L->list!=NULL){
        free(L->list);
        L->list=0;
        L->MaxSize=0;
        L->length=0;
    }
}

//判空
int isEmpty(struct List *L){
    return L->length==0?1:0;
}

/**
 * =======增加操作=========
 */

//空間再分配
void reMalloc(struct List *L){
    ElemType *p = realloc(L->list,2*L->MaxSize* sizeof(ElemType));
    if(!p){
        printf("空間分配失敗");
        exit(1);
    }
    L->list = p;
    L->MaxSize = 2*L->MaxSize;
    printf("空間已擴大兩倍");
}

//向表頭插入元素
void insertElemToHead(struct List *L,ElemType x){
    if(L->length==L->MaxSize){
        reMalloc(L);
        printf("空間已滿，重新分配中");
    }
    for(int i=L->length;i>0;i++){
        L->list[i-1] = L->list[i];
    }
    L->list[0] = x;
    L->length++;
}

//向表尾插入元素
void insertElemToTail(struct List *L,ElemType x){
    if(L->length==L->MaxSize){
        reMalloc(L);
        printf("空間已滿，重新分配中");
    }
    L->list[L->length++] = x;
}

//向線性表L的第n個位置插入元素x
void insertElemSomewhere(struct List *L,ElemType x,int n){
    int i;
    if(L->length==L->MaxSize){
        reMalloc(L);
        printf("空間已滿，重新分配中");
    }
    for(i=L->length;i>=n;i--){
        L->list[i]=L->list[i-1];
    }
    L->list[i]=x;
    L->length++;
}

/**
 * =======洗掉操作=========
 */

//洗掉表頭元素并回傳被洗掉的值
void delHeadElem(struct List *L){
    ElemType x = L->list[0];
    if(L->length==0){
        printf("順序表為空，洗掉失敗!");
        exit(1);
    }
    for(int i=1;i<L->length;i++){
        L->list[i-1] = L->list[i];
    }
    L->length--;
}

//洗掉第n個元素并回傳被洗掉元素
ElemType delSomeElem(struct List *L,int n){
    ElemType x = L->list[n-1];
    if(n>L->length){
        printf("n位置越界，不能洗掉");
        exit(1);
    }
    for(int i=n;i<L->length;i++){
        L->list[i-1] = L->list[i];
    }
    L->length--;
    return x;
}

//從線性表L中洗掉值為X的第一個元素
int delElemKnown(struct List *L,ElemType x){
    int i,j;
    for(i=0;i<L->length;i++){
        if(L->list[i]==x){
            break;
        }
    }
    for(j=i;j<L->length;j++){
        L->list[j]=L->list[j+1];
    }
    L->length--;
    return 1;
}

/**
 * =======修改操作=========
 */
//把線性表中第n個元素修改為x
int updateElemKnown(struct List *L,ElemType x,int n){
    if(n>L->length||n<1){
        return 0;
    }
    L->list[n]=x;
    return 1;
}

/**
 * =======查找操作=========
 */
 //查找第n個位置的值
 int getElem(struct List *L,int n){
     if(n<0||n>L->MaxSize){
         printf("查找位置超出長度!\n");
         exit(1);
     }
     return L->list[n-1]; //n-1的原因是查找的第n個是從1開始計數，而陣列是從0開始計數
 }

 //順序遍歷輸出所有值
 void getAll(struct List *L){
     int i = 0;
     while(i<L->length){
         printf("%d\t",L->list[i]);
         i++;
     }
     printf("\n");
 }
//查找值為x的節點并回傳其坐標
int findElem(struct List *L,ElemType x){
    int i;
    for(i=0;i<L->length;i++){
        if(L->list[i]==x){
            return i;
        }
    }
}

//主函式
int main()
{
     //初始化操作測驗
    struct List L;
    initList(&L,20);
    //插入操作測驗
    insertElemToHead(&L,2);
    insertElemSomewhere(&L,4,2);
    insertElemToTail(&L,5);
    printf("%d\n",L.list[0]);
    printf("%d\n",L.list[1]);
    //洗掉操作測驗
    delElemKnown(&L,2);
    printf("%d\n",L.list[0]);
    //修改操作測驗
    updateElemKnown(&L,8,1);
    //查找操作測驗
    printf("%d\n",getElem(&L,2));
    printf("%d\n",findElem(&L,8));
    printf("%d\n",L.list[0]);
    getAll(&L);
}

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