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【算法】C语言实现数组的动态分配

C语言实现数组的动态分配

2016年10月27日20:13:13

摘要：数据结构和算法对于编程的意义不言而喻，具有指导意义的。无论从事算法优化方向研究，还是大数据处理，亦或者网站开发APP开发云云。在求职过程中数据结构必然也是笔试的重点，面试的常客。基于此，系统梳理复习下数据结构和算法相关知识，其实核心为链表操作，串的匹配，树的先序、中序、后序。排序的相关操作，查找相关操作，深度优先遍历、广度优先遍历、哈弗曼树、动态规划等。本节为开胃菜，数组的相关操作（本文原创编著，转载注明出处:C语言实现数组的动态分配）

1 数组动态分配思想

数组是最常用的数据结构，在内存中连续存储，可以静态初始化（int a[2]={1,2}），可以动态初始化 malloc（）。难点就是数组在删除或者插入元素的时候，要移动元素的坐标不好确定。规律：

1.如果要在数组中第pos个位置插入一个元素（应该从后面开始移动）

for( i=cnu;i>=pos;i--)
pBase[i]=pBase[i-1];

2.删除数组第pos位置的元素

for(i=pos+1;i<=cnu;i--)
pBase[i-2]=pBase[i-1];

使用malloc动态分配内存并将返回值赋给整形指针

int pBase=(int *)malloc(sizeof(int)len);//分配4*len字节长度的内存

这是pBase可以指向数组中的第一个元素，可以作为数组变量名称使用。

2 数组的优缺点

优点：

存取速度快 o(1) 可以直接根据下标找到内存位置

缺点：

事先必须知道数组的长度
插入删除元素很慢
空间通常是有限制的
需要大块连续的内存块
插入删除元素的效率很低

3 完整案例

#include<stdio.h>
#include<malloc.h>
#include<stdbool.h>

/* 定义结构体 */
struct Arr{
	int len;//数组能存取的最大元素个数
	int cnu;//数组中当前元素个数
	int *pBase;//存储指向数组的指针
};

/*初始化数组*/
void init_Arr(struct Arr *pArray,int len){
	pArray->pBase=(int*)malloc(sizeof(int)*len);//分配4*len字节长度的内存
	if(NULL== pArray->pBase){
		printf("动态分配内存失败
");
	}else{
		pArray->len=len;
		pArray->cnu=0;
		printf("动态分配内存成功 %d 
",pArray->len);
	}
} 


/*判断数组是否为空，传地址省内存4字节，传结构体变量需要进行拷贝，12字节*/
bool isempty(struct Arr *pArray){
	if(0==pArray->cnu) return true;
	else return false;
}

/*判断数组是否满了*/
bool isfull(struct Arr *pArray){
  if(pArray->len==pArray->cnu)	return true;
  else return false;
}
/*显示数组内容*/
void show_Arr(struct Arr *pArray){
	if(isempty(pArray))    printf("数组为空！
");
	else{
    for(int i=0; i<pArray->cnu;i++){
        printf("%d 		 %d 		 %d 
",pArray->pBase[i],pArray->cnu,pArray->len);
    }
    printf("------------------------------------
");
    }
}

/*向数组追加元素*/
bool append(struct Arr *pArray,int val){
	if(isfull(pArray)){
		printf("数组已经满了！
");
		return false;
	}else{
			pArray->pBase[pArray->cnu]=val;
			pArray->cnu++;
	}
}

/*向数组中插入元素,pos为数组中第几个位置，pos=3就是向a[2]插入元素*/
bool insert(struct Arr *pArray,int pos,int val){
	if(pos<1||pos>pArray->len+1){
		printf("插入的位置输入的不合法
");
		return false;
	}
	if(isfull(pArray)){
		printf("数组已经满了,插入失败！
");
		return false;
	}
	else{
		//printf("数组 %d 
",pArray->cnu);
		for(int i=pArray->cnu;i>=pos;i--){//循环将pos位置开始的数组后移
			pArray->pBase[i]=pArray->pBase[i-1];
		}
		pArray->pBase[pos-1]=val;
		pArray->cnu++;
		pArray->len++;
		return true;
	}
} 

/*删除数组中的第pos个元素，同时返回删除的元素的值*/
bool delete(struct Arr *pArray,int pos,int *val){
	if(pos<1||pos>pArray->cnu){
		printf("删除失败，位置不合法
");
		return false;
	}
	if(isempty(pArray)){
		printf("数组已经空，删除失败！
");
		return false;
	}
	else{
		*val=pArray->pBase[pos-1];
		for(int i=pos+1;i<=pArray->cnu;i++){
			pArray->pBase[i-2]=pArray->pBase[i-1];
		}
		pArray->cnu--;
		return true;
	}
}
/*数组倒置*/
bool inverse(struct Arr *pArray){
	if(isempty(pArray)){
		printf("倒置失败，因数组为空");
		return false;
	}
	else{
		int i=0,j=pArray->cnu-1,temp;
		while(i<j){
			temp=pArray->pBase[i];
			pArray->pBase[i]=pArray->pBase[j];
			pArray->pBase[j]=temp;
			i++;
			j--;
		}
	}
	return true;
}

int main(){
	struct Arr arr;
	init_Arr(&arr,20);
	append(&arr,1);
	append(&arr,2);
	append(&arr,3);
	append(&arr,4);
	append(&arr,5);
	show_Arr(&arr);
	insert(&arr,2,88);
	show_Arr(&arr);
	int val;
	delete(&arr,1,&val);
	show_Arr(&arr);
    printf("删除了 %d
",val);
    inverse(&arr);
    show_Arr(&arr);
	return 0;
}

4 运行结果

Success time: 0 memory: 2300 signal:0

动态分配内存成功 20 
1 		 5 		 20 
2 		 5 		 20 
3 		 5 		 20 
4 		 5 		 20 
5 		 5 		 20 
------------------------------------
1 		 6 		 21 
88 		 6 		 21 
2 		 6 		 21 
3 		 6 		 21 
4 		 6 		 21 
5 		 6 		 21 
------------------------------------
88 		 5 		 21 
2 		 5 		 21 
3 		 5 		 21 
4 		 5 		 21 
5 		 5 		 21 
------------------------------------
删除了 1
5 		 5 		 21 
4 		 5 		 21 
3 		 5 		 21 
2 		 5 		 21 
88 		 5 		 21 
------------------------------------

5 实例解析

结构体：结构体(struct)指的是一种数据结构，是C语言中聚合数据类型的一类。结构体可以被声明为变量、指针或数组等，用以实现较复杂的数据结构。结构体的定义如下所示，

struct tag { member-list } variable-list ;

struct为结构体关键字，tag为结构体的标志，member-list为结构体成员列表，其必须列出其所有成员；variable-list为此结构体声明的变量。

思路：

创建结构体记得关键字struct
花括号内创建结构体属性

例如：

/* 定义结构体 */
struct Arr{
	int len;//数组能存取的最大元素个数
	int cnu;//数组中当前元素个数
	int *pBase;//存储指向数组的指针
};

初始化数组：

思路：

创建初始化函数，给数组分配长度malloc(sizeof(int)*len
指针地址为空，分配内存失败
反之，数组长度为当前内存长度，数组当前位置为0

例如：

/*初始化数组*/
void init_Arr(struct Arr *pArray,int len){
	pArray->pBase=(int*)malloc(sizeof(int)*len);//分配4*len字节长度的内存
	if(NULL== pArray->pBase){
		printf("动态分配内存失败
");
	}else{
		pArray->len=len;
		pArray->cnu=0;
		printf("动态分配内存成功 %d 
",pArray->len);
	}
}

判断数组是否为空：

创建判空函数，结构体参数数组
判断当前元素个数是否为空

/*判断数组是否为空，传地址省内存4字节，传结构体变量需要进行拷贝，12字节*/
bool isempty(struct Arr *pArray){
	if(0==pArray->cnu) return true;
	else return false;
}

判断数组是否为满：

创建判满函数，结构体参数数组
判断数组长度是否为当前元素长度

例如：

/*判断数组是否满了*/
bool isfull(struct Arr *pArray){
  if(pArray->len==pArray->cnu)	return true;
  else return false;
}

向数组追加元素：

创建追加函数，结构体数组参数，元素值
注意判满情况，反之循环输入
数组当前指针地址赋值
数组指向下一个位置，自加

例如：

/*向数组追加元素*/
bool append(struct Arr *pArray,int val){
	if(isfull(pArray)){
		printf("数组已经满了！
");
		return false;
	}else{
		pArray->pBase[pArray->cnu]=val;
		pArray->cnu++;
	}
}

显示数组内容

创建显示函数，结构体数组参数
注意判空情况，反之循环输入
遍历数组输出

例如：

/*显示数组内容*/
void show_Arr(struct Arr *pArray){
	if(isempty(pArray))    printf("数组为空！
");
	else{
    for(int i=0; i<pArray->cnu;i++){
        printf("%d 		 %d 		 %d 
",pArray->pBase[i],pArray->cnu,pArray->len);
    }
    printf("------------------------------------
");
    }
}

向数组中插入元素：pos为数组中第几个位置，pos=3就是向a[2]插入元素

创建插入函数，结构体数组参数，位置参数，插入值参数
判断插入位置是否越界，判断数组是否满
循环将pos位置开始的数组后移，移动范围是从第pos个到第cnu个
循环将pos位置开始的数组后移，将值插入pos处
指向下一位且长度加1

例如：

/*向数组中插入元素,pos为数组中第几个位置，pos=3就是向a[2]插入元素*/
bool insert(struct Arr *pArray,int pos,int val){
	if(pos<1||pos>pArray->len+1){
		printf("插入的位置输入的不合法
");
		return false;
	}
	if(isfull(pArray)){
		printf("数组已经满了,插入失败！
");
		return false;
	}
	else{
		//printf("数组 %d 
",pArray->cnu);
		for(int i=pArray->cnu;i>=pos;i--){//循环将pos位置开始的数组后移
			pArray->pBase[i]=pArray->pBase[i-1];
		}
		pArray->pBase[pos-1]=val;
		pArray->cnu++;
		pArray->len++;
		return true;
	}
}

删除数组中的第pos个元素：同时返回删除的元素的值

创建插入函数，结构体数组参数，位置参数，插入值参数
判断插入位置是否越界合法
获取删除的元素值
移动单位是从第pos+1个到cnu
指针向前指向，自减

例如：

/*删除数组中的第pos个元素，同时返回删除的元素的值*/
bool delete(struct Arr *pArray,int pos,int *val){
	if(pos<1||pos>pArray->cnu){
		printf("删除失败，位置不合法
");
		return false;
	}
	if(isempty(pArray)){
		printf("数组已经空，删除失败！
");
		return false;
	}
	else{
		*val=pArray->pBase[pos-1];
		for(int i=pos+1;i<=pArray->cnu;i++){
			pArray->pBase[i-2]=pArray->pBase[i-1];
		}
		pArray->cnu--;
		return true;
	}
}

数组倒置

创建倒置函数，判断数组是否为空
三个变量进行交换，其中temp中间变量，ij分别指向数组首尾索引
循环数组，使前后索引交换位置
每一遍循环，ij索引分别前进一步，直到跳出循环，程序结束

例如：

/*数组倒置*/
bool inverse(struct Arr *pArray){
	if(isempty(pArray)){
		printf("倒置失败，因数组为空");
		return false;
	}
	else{
		int i=0,j=pArray->cnu-1,temp;
		while(i<j){
			temp=pArray->pBase[i];
			pArray->pBase[i]=pArray->pBase[j];
			pArray->pBase[j]=temp;
			i++;
			j--;
		}
	}
	return true;
}

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