数据结构(一)——顺序表的介绍

什么是数据结构？

为什么需要数据结构？

顺序表

1.线性表

什么是数据结构？

概念：计算机存储和组织数据的方式叫数据结构。指相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。数据结构反应数据的内部构成，即：数据由哪部分构成，以什么方式构成，以及数据元素之间呈现的结构。

为什么需要数据结构？

例如，一个小区中有若干外观相似的住宅楼，如果我们没有按顺序对每一栋楼进行标号，那么当外卖员向你配送外卖时就会造成迷路、等待时间长、客户差评等等。同理，对于程序中的各种数据，如果我们不对数据进行管理，那么就会造成数据丢失、数据操作困难等问题，所以我们引入了数据结构，帮助我们对数据进行有效的管理。

顺序表

1.线性表

在介绍顺序表之前，我想先向大家介绍顺序表的概念。线性表是n个具有相同特性的数据元素的有限序列。是一种在实际中广泛存在的数据结构，常见的线性表有：顺序表、链表、栈、字符串等

特点：在逻辑上是线性的在物理结构上不一定是线性的。

2.顺序表的分类

顺序表分为静态顺序表 和动态顺序表，其本质区别是动态顺序表可以在使用的过程中扩容，而动态顺序表需要在使用之前指定好空间的大小，如果空间不够则会导致数据丢失。

静态顺序表定义如下所示：

cpp 复制代码

typedef int SLDataType;
#define N 100
typedef struct SeqList
{
	SLDataType arr[N];
	int size;
}SL;

动态顺序表定义如下所示：

cpp 复制代码

typedef int SLDataType;
typedef struct SeqList
{
	SLDataType* arr;
	int capacity;
	int size;
}SL;

3.动态顺序表的实现

顺序表的底层是数组，我们通过对数组的封装，实现了常用的增删查改等接口，其中的数据是按照顺序存放的。下面我将逐步分析如何实现上述操作。

首先，我们创建一个.h文件，并在其中定义一个结构体，如下所示：

cpp 复制代码

typedef int SLDataType;
typedef struct SeqList
{
	SLDataType* arr;
	int capacity;
	int size;
}SL;

我们看到，这个结构体里面包含了一个指针数组*arr，以及空间容量capacity和有效数据个数size，同时为了方便我们书写，我们将这个结构体重命名为SL，为了方便修改存放数据的类型，我们将数据类型重命名为SLDataType。

随后，我们在该文件中进行顺序表增、删、查、改等函数的声明。

cpp 复制代码

//顺序表初始化
void SLInit(SL* ps);
//顺序表销毁
void SLDestroy(SL* ps);

//顺序表的尾插/尾删
void SLPushBack(SL* ps, SLDataType x);
void SLPopBack(SL* ps, SLDataType x);

//顺序表的头插/头删
void SLPushFront(SL* ps, SLDataType x);
void SLPopFront(SL* ps, SLDataType x);

//顺序表的随机插入/删除
void SLInsert(SL* ps,int pos,SLDataType x);
void SLErase(SL* ps,int pos);
//顺序表的打印
void SLPrint(SL* ps);

在.h文件中完成函数的声明之后我们创建一个.c文件，并在此文件中包含.h文件，函数的具体实现是在这个文件中进行的。

(1).顺序表的初始化和销毁

我们在使用顺序表之前首先要对顺序表进行初始化，其目的是为了为其分配一个预定大小的内存空间，如果没有初始化，则会出现野指针问题；同理，我们在使用完顺序表之后，要对其中的数据进行销毁，如果没有销毁则会导致内存泄漏，因此，为了防止上述问题的出现，我们务必要对顺序表进行初始化和销毁的操作。

其具体实现代码如下：

cpp 复制代码

void SLInit(SL* ps)
{
	ps->arr = NULL;
	ps->CapaCity = ps->size = 0;
}
void SLDestroy(SL* ps)
{
	assert(ps);

	free(ps);
	ps->arr = NULL;
	ps->CapaCity = ps->size = 0;
}

(2).顺序表的扩容

顺序表的插入分为头插、尾插以及在指定位置插入，而在这之前，都绕不开一个共同的问题：顺序表的扩容，这也是顺序表的难点，因此在介绍顺序表的插入之前，我想先向大家介绍顺序表的扩容。

其扩容思想无非就是：空间足够就插入，空间不足就扩容。由此，我们便可以写下以下代码：

cpp 复制代码

void SLCheckCapacity(SL* ps)
{
	if (ps->CapaCity == ps->size)
	{
		int newcapacity = ps->CapaCity == 0 ? 4 : 2 * ps->CapaCity;
		SLDataType* tmp = (SLDataType*)realloc(ps->a, sizeof(SLDataType) * newcapacity);
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			exit(1);
		}
		ps->a = tmp;
		ps->CapaCity = newcapacity;
	}
}

分析上述代码，我们发现，我们首先面临的一个问题就是如何规定扩容空间的大小，开大了会造成空间浪费，开小了则会导致内存不足甚至数据丢失。那么我们该如何解决这个问题呢？答案就是：以原空间的二倍扩容，同时对于刚初始化的顺序表，我们给它4个大小的空间，这样我们可以有效避免上述的问题。在完成扩容的操作后，我们将开辟的空间给给顺序表，以上就是扩容代码的实现方法。

(3).顺序表的插入

尾插：

cpp 复制代码

void SLPushBack(SL* ps, SLDataType x)
{
	assert(ps);

	SLCheckCapacity(ps);
	ps->arr[ps->size++] = x;
}

头插：

cpp 复制代码

void SLPushFront(SL* ps, SLDataType x)
{
	assert(ps);

	SLCheckCapacity(ps);
	for (int i =ps->size; i >0; i--)
	{
		ps->arr[i] = ps->arr[i - 1];
	}
	ps->a[0] = x;
	ps->size++;
}

我们看到，头插代码相对尾插代码要复杂一些，原因在于尾插不存在数据挪动的问题，而头插要先把顺序表中的数据依次向后挪动，然后再将数据插入。

顺序表可以在任意位置进行插入，其思想与头插相似，都是将数据向后挪动将该位置空出来，然后再将数据插入。其代码如下：

cpp 复制代码

void SLInsert(SL* ps, int pos, SLDataType x)
{
	assert(ps);

	SLCheckCapacity(ps);
	for (int i = ps->size; i > pos; i++)
	{
		ps->arr[i] = ps->arr[i - 1];
	}
	ps->arr[pos] = x;
	ps->size++;
}

(4).顺序表的删除

尾删

cpp 复制代码

void SLPopBack(SL* ps, SLDataType x)
{
	assert(ps);
	assert(ps->size);

	ps->size--;
}

头删

顺序表的头删同样存在数据挪动的问题，即就是将后面的数据向前挪动，覆盖之前的数据，从而达到删除的效果，代码如下：

cpp 复制代码

void SLPopFront(SL* ps, SLDataType x)
{
	assert(ps);
	assert(ps->size);

	for (int i = 0; i < ps->size-1; i++)
	{
		ps->arr[i] = ps->arr[i + 1];
	}
	ps->size--;
}

随机删除

与头删相似，都是将指定位置数据从后往前覆盖，代码如下：

cpp 复制代码

void SLErase(SL* ps, int pos)
{
	assert(ps);
	assert(ps->size);

	for (int i = 0; i < pos - 1; i++)
	{
		ps->arr[i] = ps->arr[i + 1];
	}
	ps->size--;
}

(5).顺序表的打印

顺序表的打印就是数组的打印，其代码如下：

cpp 复制代码

void SLPrint(SL* ps)
{
	for (int i = 0; i < ps->size; i++)
	{
		printf("%d ", ps->arr[i]);
	}
	printf("\n");
}

小结

顺序表就是对数组的一种封装，本质和数组区别不大，只不过通过封装，让我们能够更好的访问数据，这也是数据结构的意义，就是为了让我们能够更好的管理数据而存在。

冰冻三尺非一日之寒，在之后的日子里我会持续更新与数据结构相关的内容，如果喜欢的话希望能够点赞关注加转发，您的支持就是对我最大的鼓励，同时也希望在学习路上的你能够坚持下去，半山腰很挤，我想去山顶看看。