C语言数据结构-顺序查找、折半查找

一、概念

顺序查找：从头到尾逐个比较，简单直接但不要求数据有序，适合小型或无序数据集。

折半查找：每次与中间元素比较，排除一半数据，效率高但要求数据必须有序，适合大型有序数据集。

二、代码详解

2.1 顺序查找函数

这个函数名为**sequentialSearch** ，接受三个参数：一个整型数组arr、数组长度n和要查找的关键字key。函数内部采用一个简单的for循环，从数组的第一个元素开始，逐个与目标关键字进行比较。

如果找到相等的元素，立即返回该元素的下标位置。

如果遍历完整个数组都没有找到匹配的元素，则返回**-1**作为"未找到"的标识。

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#include <stdio.h>   // 包含标准输入输出库，提供printf、scanf等函数的声明

// 顺序查找函数
int sequentialSearch(int arr[], int n, int key) {  //（整型数组，数组长度，要查找的关键字）
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        if (arr[i] == key) {
            return i;
        }
    }
    return -1;
}

2.2 折半查找函数

函数名为**binarySearch** ，参数与顺序查找相同。但这种算法要求输入的数组必须是已经排序好的 。函数使用"二分法 "思想：初始化两个指针low和high分别指向数组的起始和末尾位置。在循环中，计算中间位置mid，比较中间元素与目标值的大小。

如果相等则直接返回；

如果中间元素小于目标值，说明目标只可能在后半部分，于是调整low指针到mid+1；

反之则调整high指针到mid-1。

如此反复，每次比较都能排除一半的搜索范围，直到找到目标或搜索范围为空。这个算法的效率远高于顺序查找，但前提是数组必须有序。

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// 折半查找函数（迭代）
int binarySearch(int arr[], int n, int key) {
    int low = 0;       // 定义查找范围的左边界，初始为数组起始位置0
    int high = n - 1;  // 定义查找范围的右边界，初始为数组末尾位置n-1
    
    while (low <= high) {   // 当左边界<=右边界时继续查找
        int mid = low + (high - low) / 2;   // 计算中间位置
        
        if (arr[mid] == key) {
            return mid;
        } else if (arr[mid] < key) {
            low = mid + 1;
        } else {
            high = mid - 1;
        }
    }
    return -1;
}

2.3 显示数组

用于格式化输出 数组内容。它遍历数组并打印每个元素，最后换行，使输出结果更清晰易读。

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// 显示数组
void printArray(int arr[], int n) {
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");
}

2.4 主函数main

主函数main 是程序的执行入口。首先打印程序标题，然后进行顺序查找 测试。这里定义了一个**++无序++ 数组Arr1** ，包含了9个整数。通过sizeof运算符计算数组长度------这是C语言中获取数组元素个数的常用技巧：用整个数组的字节大小除以单个元素的字节大小。程序设置要查找的关键字为450，这个值故意不在数组中，以测试"未找到"的情况。调用sequentialSearch函数后，根据返回值判断是否找到，并输出相应信息。

接着进行折半查找测试 。这里定义了一个新的**++有序++ 数组Arr2** ，包含相同的数值但已按升序排列。程序使用同一个关键字450调用binarySearch函数。由于数组是有序的，折半查找算法可以有效工作。同样地，根据返回值输出查找结果。

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int main() {
    printf("=== 查找算法测试 ===\n");
    // 顺序查找测试
    int Arr1[] = {12, 34, 54, 2, 3, 45, 67, 23, 90};
    int n1 = sizeof(Arr1) / sizeof(Arr1[0]);
    printf("1. 顺序查找测试\n");
    printf("数组: ");
    printArray(Arr1, n1);
    
    int key = 450;
    int result1 = sequentialSearch(Arr1, n1, key);
    if (result1 != -1) {
        printf("元素 %d 找到，位置: %d\n\n", key, result1);
    } else {
        printf("元素 %d 未找到\n\n", key);
    }
    
    // 折半查找测试
    int Arr2[] = {2, 3, 12, 23, 34, 45, 54, 67, 90};
    int n2 = sizeof(Arr2) / sizeof(Arr2[0]);
    printf("2. 折半查找测试\n");
    printf("数组: ");
    printArray(Arr2, n2);
    
    // 迭代版本
    int result2 = binarySearch(Arr2, n2, key);
    if (result2 != -1) {
        printf("元素 %d 找到，位置: %d\n", key, result2);
    } else {
        printf("元素 %d 未找到\n", key);
    }
    return 0;
}

运行结果1：

运行结果2：

三、总结

这个程序很好地展示了算法实现的基本模式：清晰的函数定义、合理的参数设计、正确的算法逻辑以及完整的测试验证，两种查找算法分别适用于不同的场景：

顺序查找不要求数组有序，但效率较低；
折半查找 效率高，但要求输入数组必须有序；