第五章：1.数组和广义表 -- 数组

前言：　　

　　2、3、4章讨论的线性结构中的数据元素都是非结构的原子类型，元素的值是不再分解的。本章讨论的两种数据结构---数组和广义表可以看成是线性表在下述含以上的扩展：表中的数据元素本身也是一个数据结构。 

　　其中、数组是一种比较熟知的数据类型，几乎所有程序语言都把数组类型设定为固有类型，前两节节以抽象数据类型的形式讨论数组的定义和实现，使读者加深对数组的理解。　　

目录：

　　1.数组的定义

　　2.数组的顺序表示和实现

　　3.矩阵的压缩存储

　　4.广义表的定义

　　5.广义表的存储结构

　　6.m元多项式的表示

　　7.广义表的递归算法　　　　

正文：

　　一、数组的定义

　　　　类似于线性表，抽象数据类型数组可形式地定义为：

　　　　ADT  Array{

　　　　　　数据对象：

　　　　　　　　　　　　j_i=0，... ，b_i-1， i=1,2，...，n

　　　　　　　　　　　　D={a_{j1 j2 ... jn} | n(>0) 称为数组的维数，b_i 是数组第 i 维的长度，j_i 是数组元素的第 i 维下标， a_{j1 j2 ... jn ∈ElmeSet}}

　　　　　　数据关系：

　　　　　　　　　　　　R={R_1，R₂...R_n}

　　　　　　　　　　　　Ri={

　　　　　　　　　　　　　　　　< a_{j1 ... ji ... jn ，}a_{j1 ... ji+1 ... jn}  > | 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　0<= j_k <=b_k-1，1<= k <=n 且 k <> i

　　　　　　　　　　　　　　　　　　0<= j_i <=b_k-2，

　　　　　　　　　　　　　　　　　　a_{j1 ... ji ... jn ，}a_{j1 ... ji+1 ... jn ∈ D ，i = 2 ,  ...  n}

　　　　　　　　　　　　　　}

　　　　　　基本操作：

　　　　　　　　　　　　InitArray();

　　　　　　　　　　　　DestoryArray();

　　　　　　　　　　　　Value();

　　　　　　　　　　　　Assign();

　　　　}ADT   Array;

 　　二、数组的顺序表示及实现

　　　　由于数组一般不作插入和删除操作，也就是说，一旦建立了数组，则结构中的数据元素和元素之间的关系就不再变动。因此，采用顺序存储结构表示数组是自然而然的事了

　　　　由于存储单元是一维的结构，而数组是多维的结构，则用一组连续的存储单元存放数组的数据元素有个次序问题。

　　　　例如、对于二维数组来说，可以看成是一维数组，一维数组的每一个数组元素又是一个一维数组。对应的对于二维数组有两种存储方式：

　　　　　　1.以列序为主序的存储方式

　　　　　　2.以行序为主序的存储方式

　　　　　　

　　　　由此，对于数组，一旦规定了他的维度和各维度的长度，便可为它分配存储空间。反之，至于给出一组下标便可求出相应数组元素的存储位置。

　　　　大部分程序设计语言都采用了以行序为主序的存储方式。以下采用以行序为主序的存储方式为例予以说明

　　　　　　假设每个数据元素占L个存储单元，则二维数组A 中任一元素 a_ij 的存储位置可由下式确定：

　　　　　　LOC(i , j) = 　LOC(0，0) + (b2 * i +j )*L

　　　　　　LOC(i , j)是 a _ij 的存储位置， LOC(0，0) 是a₀₀ 的存储位置，即二维数组A 的起始存储位置，也称基址，基地址。

　　　　将其推广到一般，得n 维数组的数据元素存储位置的公式为：

　　　　　　LOC(j₁, ...j_n) = LOC(0，...0) + (b2*b3*...*bn*j1+ b3*b4*...*bn*j2+  ...  + bn*j_n-1 + j_n) * L

　　　　　　=LOC(0，...0) + ∑ c_i j_i  其中 cn=L , c_i-1 = b_i * c_{i  ，}1< i <n

　　　　LOC(0，...0) + ∑ c_i j_i 称为 n维数组的映像函数。一旦确定了数组的各维长度，c_i 就是一个常数。

　　　　数组的顺序存储结构：

typedef struct{
    ElemType *base;                 //数组元素基址，由InitArray 分配
    int dim;                        //数组维数
    int *bounds;                    //数组维界基址，由InitArray 分配
    int *constants;                 //数组映像函数常量基址，由InitArray 分配（constants[i]=ci）
}Array;

　　　　代码实现：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdarg.h>
//stdarg.h 头文件定义了一个变量类型 va_list 和三个宏，
//这三个宏可用于在参数个数未知（即参数个数可变）时获取函数中的参数。

#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define OK 1
#define ERROR 0
#define INFEASIBLE -1
#define OVERFLOW -2
#define UNDERFLOW -3

#define MAX_ARRAY_DIM 8
//Status是函数的类型，其值是函数结果状态码
typedef int Status;
typedef char ElemType;

typedef struct{
    ElemType *base;                 //数组元素基址，由InitArray 分配
    int dim;                        //数组维数
    int *bounds;                    //数组维界基址，由InitArray 分配
    int *constants;                 //数组映像函数常量基址，由InitArray 分配(constants[i]=ci)
}Array;

//初始化数组A]
Status InitArray(Array &A,int dim,...){
    if(dim<1||dim>MAX_ARRAY_DIM)
        return ERROR;

    A.dim=dim;
    A.bounds=(int *)malloc(dim*sizeof(int));
    if(!A.bounds) exit(OVERFLOW);
    
    //初始化每一维度的长度，并计算总的元素个数
    int ElemTotal=1;
    va_list ap;
    va_start(ap, dim);
    for(int i=0;i<dim;i++){
        A.bounds[i]=va_arg(ap, int);                //依次接收dim 参数后面的未确定的参数
        if(A.bounds[i]<0) return UNDERFLOW;
        ElemTotal *= A.bounds[i];                    //计算元素总数（ 累乘维度 ）
    }
    va_end(ap);


    //为dim 维数组A 分配所有的存储空间
    A.base=(ElemType *)malloc(ElemTotal*sizeof(ElemType));
    if(!A.base) exit(OVERFLOW);

    A.constants=(int *)malloc(dim*sizeof(int));
    if(!A.constants) exit(OVERFLOW);

    A.constants[dim-1]=sizeof(ElemType);
    for(int j=dim-2;j>=0;j--){
        A.constants[j]=A.bounds[j+1]*A.constants[j+1];
    }    

    return OK;
}

Status DestoryArray(Array &A){
    //销毁数组A
    if(!A.base) return ERROR;
    free(A.base);
    A.base=NULL;

    if(!A.bounds) return ERROR;
    free(A.bounds);
    A.bounds=NULL;

    if(!A.constants) return ERROR;
    free(A.constants);
    A.constants=NULL;

    return OK;
}

//计算 元素在 A 的相对位置，并用off返回
Status LocateArray(Array &A,va_list ap,int &off){
    off=0;
    for(int i=0;i<A.dim;i++){
        int locate=va_arg(ap, int);
        if(locate<0||locate>A.bounds[i])
            return OVERFLOW;
        off+=A.constants[i]*locate;
    }
    return OK;    
}

//返回某个合法下标对应的值。
Status Value(Array &A,ElemType *e,...){
    va_list ap;
    va_start(ap,e);
    int off;
    LocateArray(A,ap,off);
    va_end(ap);    
    *e=*(A.base+off);
    return OK;
}

//给A数组的合法下标赋值
Status Assign(Array &A,ElemType e,...){
    va_list ap;
    va_start(ap, e);
    int off;
    LocateArray(A,ap,off);
    va_end(ap);    
    *(A.base+off)=e;
    return OK;
}


void main(){
    Array A;
    InitArray(A,4,3,4,5,6);
    //赋值
    Assign(A,'b',2,1,4,1);

    ElemType e;
    //取值
    Value(A,&e,2,1,4,1);
    printf("value:%c
",e);
}