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[数据结构]动态顺序表的实现与应用

article 2024/9/25 0:12:35

文章目录

一、引言
二、动态顺序表的基本概念
三、动态顺序表的实现
- 1、结构体定义
- 2、初始化
- 3、销毁
- 4、扩容
- 5、缩容
- 5、打印
- 6、增删查改
四、分析动态顺序表
- 1、存储方式
- 2、优点
- 3、缺点
五、总结
- 1、练习题
- 2、源代码

一、引言

想象一下，你有一个箱子（静态顺序表），它的大小是固定的，你只能在这个箱子里面放东西或者拿出来，如果东西放不下了，箱子就满了，没办法再放更多。但现在，我们有了一种更灵活的箱子 —— 动态顺序表。这个箱子不仅能放东西，还能根据需要自动变大或变小，非常方便。

不过，要想玩转这个神奇的箱子，我们得先对里面的 “东西” （数据）的存放方式有所了解，也就是得熟悉数组和指针。如果你对这些还不太熟悉，别担心，我已经为你准备了一篇文章作为参考：传送门。读完之后，你会发现它们其实并不复杂。

二、动态顺序表的基本概念

动态顺序表，简单来说，就是一个可以 “长大” 或 “缩小” 的箱子。它不像静态顺序表那样一开始就确定了大小，而是根据我们需要存放的东西的多少来动态地调整自己的大小。

当我们往动态顺序表里放东西时，如果箱子满了，它就会自动去找一个更大的箱子，然后把原来的东西和新东西一起放进去。这个过程就像是我们换了一个更大的家，然后把所有家具都搬进去一样。

反过来，如果我们从动态顺序表里拿走了很多东西，箱子变得空荡荡的，那它也会考虑换个小点的箱子住，毕竟节省空间也是一种美德嘛。

总之，动态顺序表就是这样一个既智能又灵活的箱子，它能够帮助我们更加高效地管理和存储数据。

请添加图片描述

三、动态顺序表的实现

1、结构体定义

首先，我们需要定义一个结构体来表示动态顺序表，这个结构体将包含指向数组元素的指针、当前存储的元素数量以及分配的空间大小。

typedef int DataType;
typedef struct {
    DataType* arr;//指向动态数组的指针
    int size;//当前存储的元素个数
    int capacity;//当前动态数组的容量
}Seq;

2、初始化

初始化动态顺序表时，我们需要为其分配一个初始的空间大小，并设置当前存储的元素数量为0。

void Init(Seq* ps, int capacity)
{
	capacity == 0 ? capacity = 2 : capacity;
	DataType* pos = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
	if (pos == NULL)
	{
		fprintf(stderr, "内存分配失败\n");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}

	ps->array = pos;
	ps->capacity = capacity;
	ps->size = 0;
}

3、销毁

使用完动态顺序表后，需要释放分配的内存，避免内存泄漏。

void Destroy(Seq* ps)
{
	if (ps == NULL)
		return;

	free(ps->array);
	ps->array = NULL;

	ps->capacity = 0;
	ps->size = 0;
}

4、扩容

当向动态顺序表中添加元素时，如果当前空间已满，则需要进行扩容操作。扩容通常会将容量加倍。

void Reserve(Seq* ps)
{
	if (ps->size == ps->capacity)
	{
		int capacity = ps->capacity == 0 ? 2 : ps->capacity * 2;
		DataType* pos = (DataType*)realloc(ps->array, capacity * sizeof(DataType));
		if (pos == NULL)
		{
			fprintf(stderr, "内存分配失败\n");
			exit(EXIT_FAILURE);
		}

		ps->array = pos;
		ps->capacity = capacity;
	}
}

5、缩容

当删除动态顺序表中的元素时，如果当前空间过大，则需要进行缩容操作。

void Shrink(Seq* ps)
{
	if (ps->capacity >= 64 && ps->size < ps->capacity / 2.5)
	{
		int capacity = ps->capacity / 2;
        DataType* pos = (DataType*)realloc(ps->array, capacity * sizeof(DataType));
		if (pos == NULL)
		{
			fprintf(stderr, "内存分配失败");
			exit(EXIT_FAILURE);
		}

		ps->array = pos;
		ps->capacity = capacity;
	}
}

5、打印

为了方便调试和查看动态顺序表中的内容，我们可以实现一个打印函数，将所有元素打印出来。

void Print(Seq* ps, void (*Pr) (DataType))
{
	for (int i = 0; i < ps->size; i++)
	{
		Pr(ps->array[i]);
	}
	printf("NULL\n");
}

6、增删查改

实现顺序表的基本操作，让顺序表更具有实用性。

void PushFront(Seq* ps, DataType data)
{
	Insert(ps, 0, data);
}

void PopFront(Seq* ps)
{
	Erase(ps, 0);
}

void PushBack(Seq* ps, DataType data)
{
	Insert(ps, ps->size, data);
}

void PopBack(Seq* ps)
{
	Erase(ps, ps->size - 1);
}

void Insert(Seq* ps, int x, DataType data)
{
	assert(x >= 0 && x <= ps->size);

    Reserve(ps);
	for (int i = ps->size - 1; i >= x; i--)
	{
		ps->array[i + 1] = ps->array[i];
	}
	ps->array[x] = data;
	ps->size++;
}

void Erase(Seq* ps, int x)
{
	assert(ps != NULL && ps->size > 0 && x >= 0 && x < ps->size);

	for (int i = x; i < ps->size - 1; i++)
	{
		ps->array[i] = ps->array[i + 1];
	}
    ps->size--;
}

int Find(Seq* ps, DataType data)
{
	for (int i = 0; i < ps->size; i++)
	{
		if (ps->array[i] == data)
		{
			return i;
		}
	}
	return -1;
}

void Modify(Seq* ps, int x, DataType data)
{
	assert(ps != NULL && ps->size > 0 && x >= 0 && x < ps->size);

	ps->array[x] = data;
}