【数据结构】线性表 顺序存储结构

本文收录自【C语言数据结构】思想＋代码集】

文章目录

• 【数据结构】线性表
• • 思想
  • 代码
  • • 头文件及函数定义 SqList.h
    • 函数源码SqList.cpp
    • main函数

【数据结构】线性表

思想

代码

头文件及函数定义 SqList.h

/*=============================
 * 线性表的顺序存储结构（顺序表）
 *
 * 包含算法: 2.3、2.4、2.5、2.6
 =============================*/

#ifndef SQLIST_H
#define SQLIST_H

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>     // 提供malloc、realloc、free、exit原型
#include "Status.h"     //**▲01 绪论**//

/* 宏定义 */
#define LIST_INIT_SIZE 100  // 顺序表存储空间的初始分配量
#define LISTINCREMENT  10   // 顺序表存储空间的分配增量

/* 顺序表元素类型定义 */
typedef int ElemType;

/*
 * 顺序表结构
 *
 * 注：elem在使用前需要先为其分配内存，且元素从elem[0]处开始存储
 */
typedef struct {
    ElemType* elem;     // 顺序表存储空间的基址（指向顺序表所占内存的起始位置）
    int length;   // 当前顺序表长度（包含多少元素）
    int listsize; // 当前分配的存储容量（可以存储多少元素）
} SqList;


/*
 * ████████ 算法2.3 ████████
 *
 * 初始化
 *
 * 初始化成功则返回OK，否则返回ERROR。q 
 */
Status InitList(SqList* L);

/*
 * 销毁(结构)
 *
 * 释放顺序表所占内存。
 */
Status DestroyList(SqList* L);

/*
 * 置空(内容)
 *
 * 只是清理顺序表中存储的数据，不释放顺序表所占内存。
 */
Status ClearList(SqList* L);

/*
 * 判空
 *
 * 判断顺序表中是否包含有效数据。
 *
 * 返回值：
 * TRUE : 顺序表为空
 * FALSE: 顺序表不为空
 */
Status ListEmpty(SqList L);

/*
 * 计数
 *
 * 返回顺序表包含的有效元素的数量。
 */
int ListLength(SqList L);

/*
 * 取值
 *
 * 获取顺序表中第i个元素，将其存储到e中。
 * 如果可以找到，返回OK，否则，返回ERROR。
 *
 *【备注】
 * 教材中i的含义是元素位置，从1开始计数，但这不符合编码的通用约定。
 * 通常，i的含义应该指索引，即从0开始计数。
 */
Status GetElem(SqList L, int i, ElemType* e);

/*
 * ████████ 算法2.6 ████████
 *
 * 查找
 *
 * 返回顺序表中首个与e满足Compare关系的元素位序。
 * 如果不存在这样的元素，则返回0。
 *
 *【备注】
 * 元素e是Compare函数第二个形参
 */
int LocateElem(SqList L, ElemType e, Status(Compare)(ElemType, ElemType));

/*
 * 前驱
 *
 * 获取元素cur_e的前驱，
 * 如果存在，将其存储到pre_e中，返回OK，
 * 如果不存在，则返回ERROR。
 */
Status PriorElem(SqList L, ElemType cur_e, ElemType* pre_e);

/*
 * 后继
 *
 * 获取元素cur_e的后继，
 * 如果存在，将其存储到next_e中，返回OK，
 * 如果不存在，则返回ERROR。
 */
Status NextElem(SqList L, ElemType cur_e, ElemType* next_e);

/*
 * ████████ 算法2.4 ████████
 *
 * 插入
 *
 * 向顺序表第i个位置上插入e，插入成功则返回OK，否则返回ERROR。
 *
 *【备注】
 * 教材中i的含义是元素位置，从1开始计数
 */
Status ListInsert(SqList* L, int i, ElemType e);

/*
 * ████████ 算法2.5 ████████
 *
 * 删除
 *
 * 删除顺序表第i个位置上的元素，并将被删除元素存储到e中。
 * 删除成功则返回OK，否则返回ERROR。
 *
 *【备注】
 * 教材中i的含义是元素位置，从1开始计数
 */
Status ListDelete(SqList* L, int i, ElemType* e);

/*
 * 遍历
 *
 * 用visit函数访问顺序表L
 */
void ListTraverse(SqList L, void (Visit)(ElemType));

#endif

函数源码SqList.cpp

/*=============================
 * 线性表的顺序存储结构（顺序表）
 *
 * 包含算法: 2.3、2.4、2.5、2.6
 =============================*/

#include "SqList.h"

/*
 * ████████ 算法2.3 ████████
 *
 * 初始化
 *
 * 初始化成功则返回OK，否则返回ERROR。
 */
Status InitList(SqList* L) {
    // 分配指定容量的内存，如果分配失败，则返回NULL
    (*L).elem = (ElemType*) malloc(LIST_INIT_SIZE * sizeof(ElemType));
    if((*L).elem == NULL) {
        // 存储内存失败
        exit(OVERFLOW);
    }

    (*L).length = 0;                    // 初始化顺序表长度为0
    (*L).listsize = LIST_INIT_SIZE;     // 顺序表初始内存分配量

    return OK;                          // 初始化成功
}

/*
 * 销毁(结构)
 *
 * 释放顺序表所占内存。
 */
Status DestroyList(SqList* L) {
    // 确保顺序表结构存在
    if(L == NULL || (*L).elem == NULL) {
        return ERROR;
    }

    // 释放顺序表内存
    free((*L).elem);

    // 释放内存后置空指针
    (*L).elem = NULL;

    // 顺序表长度跟容量都归零
    (*L).length = 0;
    (*L).listsize = 0;

    return OK;
}

/*
 * 置空(内容)
 *
 * 只是清理顺序表中存储的数据，不释放顺序表所占内存。
 */
Status ClearList(SqList* L) {
    // 确保顺序表结构存在
    if(L == NULL || (*L).elem == NULL) {
        return ERROR;
    }

    (*L).length = 0;

    return OK;
}

/*
 * 判空
 *
 * 判断顺序表中是否包含有效数据。
 *
 * 返回值：
 * TRUE : 顺序表为空
 * FALSE: 顺序表不为空
 */
Status ListEmpty(SqList L) {
    return L.length == 0 ? TRUE : FALSE;
}

/*
 * 计数
 *
 * 返回顺序表包含的有效元素的数量。
 */
int ListLength(SqList L) {
    return L.length;
}

/*
 * 取值
 *
 * 获取顺序表中第i个元素，将其存储到e中。
 * 如果可以找到，返回OK，否则，返回ERROR。
 *
 *【备注】
 * 教材中i的含义是元素位置，从1开始计数，但这不符合编码的通用约定。
 * 通常，i的含义应该指索引，即从0开始计数。
 */
Status GetElem(SqList L, int i, ElemType* e) {
    // 因为i的含义是位置，所以其合法范围是：[1, length]
    if(i < 1 || i > L.length) {
        return ERROR;                    //i值不合法
    }

    *e = L.elem[i - 1];

    return OK;
}

/*
 * ████████ 算法2.6 ████████
 *
 * 查找
 *
 * 返回顺序表中首个与e满足Compare关系的元素位序。
 * 如果不存在这样的元素，则返回0。
 *
 *【备注】
 * 元素e是Compare函数第二个形参
 */
int LocateElem(SqList L, ElemType e, Status(Compare)(ElemType, ElemType)) {
    int i;
    ElemType* p;

    // 确保顺序表结构存在
    if(L.elem == NULL) {
        return ERROR;
    }

    /*
     * i的初值为第1个元素的位序
     *
     * 其实，更自然的写法是将i初始化为第1个元素的索引
     * 但由于教材中是按位序计数的，所以这里仍写作位序
     */
    i = 1;

    // p的初值为第1个元素的存储位置
    p = L.elem;

    // 遍历顺序表
    while(i <= L.length && !Compare(*p++, e)) {
        ++i;
    }

    if(i <= L.length) {
        return i;
    } else {
        return 0;
    }
}

/*
 * 前驱
 *
 * 获取元素cur_e的前驱，
 * 如果存在，将其存储到pre_e中，返回OK，
 * 如果不存在，则返回ERROR。
 */
Status PriorElem(SqList L, ElemType cur_e, ElemType* pre_e) {
    int i;

    // 确保顺序表结构存在，且最少包含两个元素
    if(L.elem == NULL || L.length < 2) {
        return ERROR;
    }

    // 这里的i初始化为第1个元素的【索引】
    i = 0;

    // 从第1个元素开始，查找cur_e的位置
    while(i < L.length && L.elem[i] != cur_e) {
        ++i;
    }

    // 如果cur_e是首个元素(没有前驱)，或者没找到元素cur_e，返回ERROR
    if(i==0 || i >= L.length) {
        return ERROR;
    }

    // 存储cur_e的前驱
    *pre_e = L.elem[i - 1];

    return OK;
}

/*
 * 后继
 *
 * 获取元素cur_e的后继，
 * 如果存在，将其存储到next_e中，返回OK，
 * 如果不存在，则返回ERROR。
 */
Status NextElem(SqList L, ElemType cur_e, ElemType* next_e) {
    int i;

    // 确保顺序表结构存在，且最少包含两个元素
    if(L.elem == NULL || L.length < 2) {
        return ERROR;
    }

    // 这里的i初始化为第1个元素的【索引】
    i = 0;

    // 从第1个元素开始，查找cur_e的位置
    while(i < L.length-1 && L.elem[i] != cur_e) {
        ++i;
    }

    // 如果cur_e是最后1个元素(没有前驱)，或者没找到元素cur_e，返回ERROR
    if(i >= L.length-1) {
        return ERROR;
    }

    // 存储cur_e的前驱
    *next_e = L.elem[i + 1];

    return OK;
}

/*
 * ████████ 算法2.4 ████████
 *
 * 插入
 *
 * 向顺序表第i个位置上插入e，插入成功则返回OK，否则返回ERROR。
 *
 *【备注】
 * 教材中i的含义是元素位置，从1开始计数
 */
Status ListInsert(SqList* L, int i, ElemType e) {
    ElemType* newbase;
    ElemType* p, * q;

    // 确保顺序表结构存在
    if(L == NULL || (*L).elem == NULL) {
        return ERROR;
    }

    // i值越界
    if(i < 1 || i > (*L).length + 1) {
        return ERROR;
    }

    // 若存储空间已满，则增加新空间
    if((*L).length >= (*L).listsize) {
        // 基于现有空间扩容
        newbase = (ElemType*) realloc((*L).elem, ((*L).listsize + LISTINCREMENT) * sizeof(ElemType));
        if(newbase == NULL) {
            // 存储内存失败
            exit(OVERFLOW);
        }

        // 新基址
        (*L).elem = newbase;
        // 存的存储空间
        (*L).listsize += LISTINCREMENT;
    }

    // q为插入位置
    q = &(*L).elem[i - 1];

    // 1.右移元素，腾出位置
    for(p = &(*L).elem[(*L).length - 1]; p >= q; --p) {
        *(p + 1) = *p;
    }

    // 2.插入e
    *q = e;

    // 3.表长增1
    (*L).length++;

    return OK;
}

/*
 * ████████ 算法2.5 ████████
 *
 * 删除
 *
 * 删除顺序表第i个位置上的元素，并将被删除元素存储到e中。
 * 删除成功则返回OK，否则返回ERROR。
 *
 *【备注】
 * 教材中i的含义是元素位置，从1开始计数
 */
Status ListDelete(SqList* L, int i, ElemType* e) {
    ElemType* p, * q;

    // 确保顺序表结构存在
    if(L == NULL || (*L).elem == NULL) {
        return ERROR;
    }

    // i值越界
    if(i < 1 || i > (*L).length) {
        return ERROR;
    }

    // p为被删除元素的位置
    p = &(*L).elem[i - 1];

    // 1.获取被删除元素
    *e = *p;

    // 表尾元素位置
    q = (*L).elem + (*L).length - 1;

    // 2.左移元素，被删除元素的位置上会有新元素进来
    for(++p; p <= q; ++p) {
        *(p - 1) = *p;
    }

    // 3.表长减1
    (*L).length--;

    return OK;
}

/*
 * 遍历
 *
 * 用visit函数访问顺序表L
 */
void ListTraverse(SqList L, void(Visit)(ElemType)) {
    int i;

    for(i = 0; i < L.length; i++) {
        Visit(L.elem[i]);
    }

    printf("
");
}

main函数

#include <stdio.h>
#include "SqList.h"                                //**02 线性表**//

// 判断data>e是否成立
Status CmpGreater(ElemType data, ElemType e) {
    return data > e ? TRUE : FALSE;
}

// 测试函数，打印元素
void PrintElem(ElemType e) {
    printf("%d ", e);
}


int main(int argc, char** argv) {
    SqList L;   // 待操作的顺序表

    int i;
    ElemType e;

    printf("████████ InitList 
");
    {
        printf("█ 初始化顺序表 L ...
");
        InitList(&L);
    }
    PressEnterToContinue();


    printf("████████ ListEmpty 
");
    {
        if(ListEmpty(L) == TRUE) {
            printf("█ L 为空！！
");
        } else {
            printf("█ L 不为空！
");
        }
    }
    PressEnterToContinue();


    printf("████████ ListInsert 
");
    {
        for(i = 1; i <= 8; i++) {
            printf("█ 作为示范，在 L 第 %d 个位置插入 "%d"...
", i, 2 * i);
            ListInsert(&L, i, 2 * i);
        }
    }
    PressEnterToContinue();


    printf("████████ ListTraverse 
");
    {
        printf("█ L 中的元素为：L = ");
        ListTraverse(L, PrintElem);
    }
    PressEnterToContinue();


    printf("████████ ListLength 
");
    {
        i = ListLength(L);
        printf("█ L 的长度为 %d 
", i);
    }
    PressEnterToContinue();


    printf("████████ ListDelete 
");
    {
        printf("█ 删除前的元素：L = ");
        ListTraverse(L, PrintElem);

        printf("█ 尝试删除 L 中第 6 个元素...
");

        if(ListDelete(&L, 6, &e) == OK) {
            printf("█ 删除成功，被删除元素是："%d"
", e);
        } else {
            printf("█ 删除失败，第 6 个元素不存在！
");
        }

        printf("█ 删除后的元素：L = ");
        ListTraverse(L, PrintElem);
    }
    PressEnterToContinue();


    printf("████████ GetElem 
");
    {
        GetElem(L, 4, &e);
        printf("█ L 中第 4 个位置的元素为 "%d" 
", e);
    }
    PressEnterToContinue();


    printf("████████ LocateElem 
");
    {
        i = LocateElem(L, 7, CmpGreater);
        printf("█ L 中第一个元素值大于 "7" 的元素是 "%d" 
", L.elem[i - 1]);
    }
    PressEnterToContinue();


    printf("████████ PriorElem 
");
    {
        ElemType cur_e = 6;

        if(PriorElem(L, cur_e, &e) == OK) {
            printf("█ 元素 "%d" 的前驱为 "%d" 
", cur_e, e);
        } else {
            printf("█ 元素 "%d" 的前驱不存在！
", cur_e);
        }
    }
    PressEnterToContinue();


    printf("████████ NextElem 
");
    {
        ElemType cur_e = 6;

        if(NextElem(L, cur_e, &e) == OK) {
            printf("█ 元素 "%d" 的后继为 "%d" 
", cur_e, e);
        } else {
            printf("█ 元素 "%d" 的后继不存在！
", cur_e);
        }
    }
    PressEnterToContinue();


    printf("████████ ClearList 
");
    {
        printf("█ 清空 L 前：");
        if(ListEmpty(L) == TRUE) {
            printf(" L 为空！！
");
        } else {
            printf(" L 不为空！
");
        }

        ClearList(&L);

        printf("█ 清空 L 后：");
        if(ListEmpty(L) == TRUE) {
            printf(" L 为空！！
");
        } else {
            printf(" L 不为空！
");
        }
    }
    PressEnterToContinue();


    printf("████████ DestroyList 
");
    {
        printf("█ 销毁 L 前：");
        if(L.elem != NULL) {
            printf(" L 存在！
");
        } else {
            printf(" L 不存在！！
");
        }

        DestroyList(&L);

        printf("█ 销毁 L 后：");
        if(L.elem != NULL) {
            printf(" L 存在！
");
        } else {
            printf(" L 不存在！！
");
        }
    }
    PressEnterToContinue();


    return 0;
}