【数据结构】顺序表实现

0. 前言

小伙伴们大家好，从今天开始，我们就开始学习《数据结构》这门课程~

首先想给大家讲讲什么是数据结构？

0.1 数据结构是什么？

数据结构是由“数据”和“结构”两词组合⽽来。

什么是数据？

比如常⻅的数值1、2、3、4..... ；平时我们学校教务系统⾥保存的用户信息（姓名、性别、年龄、学历等等）凡是我们在网页在肉眼可以看到的信息（⽂字、图⽚、视频等等），这些都是数据。

那何为结构呢？

当我们想要使⽤⼤量使⽤同⼀类型的数据时，通过⼿动定义⼤量的独⽴的变量对于程序来说，可读性⾮常差，我们可以借助数组这样的数据结构将⼤量的数据组织在⼀起，结构也可以理解为组织数据的⽅式。

就好像：

在草原上，想找到名叫“咩咩”的⽺很难，

但是如果我们从⽺圈⾥找到1号⽺就很简单，⽺圈这样的结构有效将⽺群组织起来。

概念：

数据结构是计算机存储、组织数据的⽅式。数据结构是指相互之间存在⼀种或多种特定关系的数据元素的集合。数据结构反映数据的内部构成，即数据由那部分构成，以什么⽅式构成，以及数据元素之间呈现的结构。

总结：

1）能够存储数据（如顺序表、链表等结构）

2）存储的数据能够⽅便查找

0.2 为什么需要数据结构？ 

如图中所⽰，我们生活中无论去公共场所，或者在火车站买票等等场景，我们都需要排队。

如果不借助排队的⽅式来管理客户，会导致客户感受差、等待时间⻓等情况。

同理，程序中如果不对数据进⾏管理，可能会导致数据丢失、操作数据困难、野指针等情况。

通过数据结构，能够有效将数据组织和管理在⼀起。按照我们的⽅式任意对数据进⾏

增删改查等操作。

最基础的数据结构：数组。

我们思考一下，有了数组，为什么还要我们学习其他的数据结构呢？

比如你遇到这样一个问题：

假定数组有10个空间，已经使⽤了5个，向数组中插⼊数据步骤：

求数组的⻓度，求数组的有效数据个数，向下标为数据有效个数的位置插⼊数据（注意：这⾥是否要判断数组是否满了，满了还能继续插⼊吗）.....

假设数据量⾮常庞⼤，频繁的获取数组有效数据个数会影响程序执⾏效率。

结论：最基础的数据结构能够提供的操作已经不能完全满⾜复杂算法实现。

🌟🌟有什么办法可以完成数组完不成的任务呢？

这就是我们要学习的第一个数据结构——顺序表 

1、顺序表的概念及结构

1.1 线性表

线性表（linear list）是n个具有相同特性的数据元素的有限序列。

线性表是⼀种在实际中⼴泛使⽤的数据结构，常⻅的线性表：顺序表、链表、栈、队列、字符串...

线性表在逻辑上是线性结构，也就说是连续的⼀条直线。但是在物理结构上并不⼀定是连续的，

线性表在物理上存储时，通常以数组和链式结构的形式存储。

2、顺序表分类

2.1 顺序表和数组的区别：

顺序表实质上就是对数组的封装，完成了对数组的增删改查的操作。

下面有一张图，可以帮助大家理解他俩的关系哦：

我们可以把数组和顺序表想象成两家餐厅，

一家是苍蝇馆子这样的普通餐厅，一家是米其林餐厅这样高档的五星级餐厅。

在普通餐厅能吃到炒西蓝花、玉米羹等等这样的菜，在高档的五星级餐厅也能吃到。

只不过五星级餐厅的厨师会把同样的菜做的更加细致，无论从食材的选择，料汁的调配，加上好看的摆盘，配上好听的名字，让这些菜变得更加档次。

所以简单来说，数组经过增加数据、删除数据、修改数据、查找数据等等的操作，摇身一变，就变成了顺序表。

2.2 顺序表分类：

顺序表分为静态顺序表和动态顺序表

2.2.1 静态顺序表

概念：使⽤定⻓数组存储元素

静态顺序表缺陷：空间给少了不够⽤，给多了造成空间浪费

2.2.2 动态顺序表 

3. 接口实现

静态顺序表只适用于确定知道需要存多少数据的场景。静态顺序表的定长数组导致N定大了，空间开多了浪费，开少了不够用。所以现实中基本都是使用动态顺序表，根据需要动态的分配空间大小，所以下面我们实现动态顺序表。

基本增删查改接口

//对数据管理 --- 增删查改
void SLInit(SL* ps);			//初始化
void SLDestory(SL* ps);			//释放
void SLPrint(SL* ps);        	//打印
void SLCheakCapacity(SL* ps);	//检查容量 -- 扩容//头插头删 尾插尾删
void SLPushBack(SL* ps, SLDateType x); //尾插
void SLPopBack(SL* ps);				   //尾删
void SLPushFront(SL* ps, SLDateType x);//头插
void SLPopFront(SL* ps);			   //头删//返回下标，没找到返回-1
int SLFind(SL* ps, SLDateType);		   //查找元素，返回下标//在pos位置插入x
void SLInsert(SL* ps, int pos, SLDateType x);	//任意位置插入
//在pos位置删除x
void SLErase(SL* ps, int pos);					//任意位置删除void SLModify(SL* ps, int pos, SLDateType x);//修改

3.1 创建项目

由于在实际工程中，项目的实现都是采用模块化进行实现的。

所以在此处我也采用了模块化的方式进行实现。

3.2 定义动态顺序表结构 

#pragma once#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>动态顺序表
typedef int SLDataType;typedef struct SeqList
{SLDataType* arr;//存储数据的底层结构 int capacity;//记录顺序表的空间大小 int size;//记录顺序表当前有效的数据个数 
}SL;

为了后续好修改类型数据，我们可以使用typedef将结构体类型struct SeqList 重新命名为SL。
在后续对顺序表操作中，为了用户更好的输入数据，一般我们会将输入数据的数据类型重命名为SLDataType。
采用typedef将其数据类型int重命名为SLDataType 

3.3 初始化与销毁

函数声明：

//初始化和销毁
void SLInit(SL* ps);
void SLDestroy(SL* ps);

函数实现： 

//初始化顺序表
void SLInit((SL* ps)//传入链表地址便于修改
{ps->arr= NULL;ps->size = ps->capacity = 0;
}

动态顺序表是动态开辟的空间，结束时需要进行释放，避免造成内存泄漏

void SLDestroy(SL* ps)
{assert(ps);if (ps->arr) {free(ps->arr);}ps->arr = NULL;ps->capacity = ps->size = 0;
}

 代码解读：

assert(ps)：这是一个断言语句，用于检查 ps 是否为非空指针。如果ps为空，
程序会在运行时中断并报错。 
if (ps->arr)：检查 ps 结构体中的 arr 成员是否不为空。
free(ps->arr)`：如果 arr 不为空，使用 free 函数释放其占用的内存空间。 
ps->arr = NULL：将 arr 成员指针设置为空，以避免悬空指针。 
ps->capacity = ps->size = 0：将 capacity 和 size 成员都设置为 0。

3.4 顺序表容量检查

注意：

  1. 每当要增加数据时，都需要考虑空间是否使用完毕
  2. 如果使用完毕则需要考虑增容，增容为原来的两倍（避免频繁扩容）
  3. 增容后更新记录容量大小

注：这里我们考虑到有许多地方要检查是否增容，为了方便将它封装成一个函数 

函数声明：

//扩容
void SLCheckCapacity(SL* ps);

函数实现： 

void SLCheckCapacity(SL* ps) 
{if (ps->size == ps->capacity){int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;SLDataType* tmp = (SLDataType*)realloc(ps->arr, newCapacity * 
sizeof(SLDataType));if (tmp == NULL) {perror("realloc fail!");exit(1);}//扩容成功ps->arr = tmp;ps->capacity = newCapacity;}
}

 代码解读：

判断结构体中的当前元素数量 size 是否等于容量 capacity 。如果相等，说明需要进行扩容操作。计算新的容量。如果当前容量为 0 ，则新容量设置为 4 ；否则新容量设置为当前容量的 2 倍。使用 realloc 函数尝试为数组重新分配内存，新的内存大小为新的容量乘以每个元素的大小。检查 realloc 是否成功。如果 realloc 失败（返回 NULL ），则：
打印错误信息。退出程序。如果扩容成功：更新结构体中的数组指针，使其指向新分配的内存。更新结构体中的容量值。

 3.5 打印

函数声明：

//顺序表打印
void SLPrint(SL* ps);

 上述函数定义完成后，我们通常需要测试打印以下相关数据，来判断相关函数定义是否成功.

代码实现：

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

3.6 尾插

函数声明：

//顺序表的尾部插入
void SLPushBack(SL* ps, SLDataType x);

我们来分析一下：

尾插是在尾部插入一个数据。

但是在数据的尾部插入一个数据时，

我们需要考虑一个问题：原有空间是否可以容纳新的数据，是否需要扩容。
所以我们在插入数据时，要先调用 SLCheakCapacity函数来检查是否需要扩容。

代码实现：

//顺序表的尾部插入
void SLPushBack(SL* ps, SLDataType x)
{//对于顺序表为空，可以有两种判断方式//①断言--粗暴的解决方式//assert(ps != NULL);assert(ps);//②if判断--温柔的解决方式//if (ps == NULL)//{//	return;//}//空间不够，扩容SLCheckCapacity(ps);//空间足够，直接插入ps->arr[ps->size++] = x;
}

3.7尾删

函数声明：

//顺序表的尾部删除
void SLPopBack(SL* ps);

我们来分析一下：

尾删：删除尾部最后的一个元素。

但尾删同样也要考虑一个问题，空间中是否还有数据给我们删除。
所以在进行尾删时，我们可以采用assert函数断言空间中还有数据。

代码实现：

void SLPopBack(SL* ps)
{assert(ps);assert(ps->size >= 0);//断言空间中还有元素ps->size--;//下标减1
}

在删除数据时，我们不用将原有数据删除。只需要下标减1即可。
原因在于我们时根据下标来使用数据的，当下标减1后，尾部最后一个数据便无法进行访问。

 3.8 头插

函数声明：

//顺序表头部插⼊
void SLPushFront(SL* ps, SLDataType x);

我们来分析一下：

头插：在数据最开始地方插入数据。

比如，在0前面插入100

我们可以这样做： 

同样，头插也要调用 SLCheakCapacity函数来检查空间是否足够，是否需要扩容。

 

代码实现：

void SLPushFront(SL* ps, SLDataType x)
{assert(ps);//判断是否扩容 SLCheckCapacity(ps);//旧数据往后挪动一位for (int i = ps->size; i > 0 ; i--){ps->arr[i] = ps->arr[i - 1];//ps->arr[1] = ps->arr[0]}ps->arr[0] = x;ps->size++;
}

3.9 头删

函数声明：

//顺序表的头部删除
void SLPopFront(SL* ps);

我们来分析一下：

头删：删除数据最开始的元素。

思路和头插类似，只要下标从1开始，所有数据依次向前移动1位，再把有限个数减1即可。
同时头删也需要使用assert函数断言原有空间中还有数据可以删除。 

 代码实现：

void SLPopFront(SL* ps)
{assert(ps);assert(ps->size);//空间中还有数据可以删除//后面的数据往前挪动一位for (int i = 0; i < ps->size; i++){ps->arr[i-1] = ps->arr[i];//ps->arr[1] = ps->arr[0]}ps->size--;
}

3.10 指定位置之前插入数据

函数声明：

//指定位置之前插⼊
void SLInsert(SL* ps, int pos, SLDataType x);

我们分析一下：

看到插入两个字，我们就要考虑是否需要扩容。这一点很重要。还有我们要多pos这个参数进行判断，看是否在顺序表指定的范围中，因为顺序表是连续的，我们任意位置插入要合理，所以要对参数进行合理性判断：

assert(pos >= 0 && pos <= ps->size);

先给大家来画个图分析：

代码实现：

void SLInsert(SL* ps, int pos, SLDataType x)
{//顺序表为空assert(ps);assert(pos >= 0 && pos <= ps->size);// 空间够不够？是否扩容？SLCheckCapacity(ps);//pos及之后的数据往后挪动一位for (int i = ps->size; i> pos; i--){ps->arr[i] = ps->arr[i - 1];}ps->arr[pos] = x;ps->size++;
}

代码解读：

assert(ps) ：确保 ps 指针非空。
assert(pos >= 0 && pos <= ps->size) ：确保指定的插入位置 pos 是有效的，即在 0 到当前元素数量 ps->size 的范围内。
SLCheckCapacity(ps) ：在插入元素之前，检查并可能进行容量的扩展，以确保有足够的空间来插入新元素。
循环部分：
通过 for 循环方式，将位置 pos 及之后的元素向后移动一位，为新元素腾出位置。
ps->arr[pos] = x ：将新元素 x 插入到指定位置 pos 。
ps->size++：增加元素数量，表示成功插入了一个新元素。 

3.11 删除任意位置数据

函数声明：

//删除指定位置数据 
void SLErase(SL* ps, int pos);

【代码思路】：和插入任何位置数据思想类似。首先我们要检查输入下标pos是否合法。之后从输入下标开始，后一个元素拷贝到前一个元素空间。

代码实现：

void SLErase(SL* ps, int pos)
{assert(ps);assert(pos >= 0 && pos < ps->size);//pos以后的数据往前挪动一位for (int i = pos; i < ps->size-1; i++){ps->arr[i] = ps->arr[i + 1];//ps->arr[i-2] = ps->arr[i-1];}ps->size--;
}

3.12 查找

函数声明：

//在顺序表中查找x
int SLFind(SL* ps, SLDataType x);

【代码思路】：要查找某个元素。由于这里只是最简单的查找，我们直接暴力查找，遍历整个数组返回下标即可。更为复杂的数据查找，会有更高阶的数据结构来实现。

代码实现：

int SLFind(SL* ps, SLDateType x)
{assert(ps);for (int i = 0; i < ps->size; i++){if (x == ps->a[i])return i;}return -1;
}

4. 所有代码 

SeqList.h

#pragma once
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>//静态顺序表
//#define N 100
//typedef int SLDataType;
//
struct SeqList
{SLDataType a[N];int size;
};//动态顺序表
typedef int SLDataType;typedef struct SeqList
{SLDataType* arr;//存储数据的底层结构 int capacity;//记录顺序表的空间大小 int size;//记录顺序表当前有效的数据个数 
}SL;//初始化和销毁
void SLInit(SL* ps);
void SLDestroy(SL* ps);
void SLPrint(SL* ps);//保证接口的一致性//顺序表头部 尾部插⼊
void SLPushBack(SL* ps, SLDataType x);
void SLPushFront(SL* ps, SLDataType x);//顺序表的头部 尾部删除
void SLPopBack(SL* ps);
void SLPopFront(SL* ps);//指定位置之前插入数据
//删除指定位置数据 
void SLInsert(SL* ps, int pos, SLDataType x);
void SLErase(SL* ps, int pos);//在顺序表中查找x
int SLFind(SL* ps, SLDataType x);

SeqList.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include "SeqList.h"void SLInit(SL* ps)
{ps->arr = NULL;ps->size = ps->capacity = 0;
}void SLDestroy(SL* ps)
{assert(ps);if (ps->arr) {free(ps->arr);}ps->arr = NULL;ps->capacity = ps->size = 0;
}void SLCheckCapacity(SL* ps) 
{if (ps->size == ps->capacity){int newCapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : 2 * ps->capacity;SLDataType* tmp = (SLDataType*)realloc(ps->arr, newCapacity * sizeof(SLDataType));if (tmp == NULL) {perror("realloc fail!");exit(1);}//扩容成功ps->arr = tmp;ps->capacity = newCapacity;}
}//顺序表的头部/尾部插入
void SLPushBack(SL* ps, SLDataType x) {//断言--粗暴的解决方式//assert(ps != NULL);assert(ps);//if判断--温柔的解决方式//if (ps == NULL) {//	return;//}//空间不够，扩容SLCheckCapacity(ps);//空间足够，直接插入ps->arr[ps->size++] = x;//ps->size++;
}void SLPushFront(SL* ps, SLDataType x)
{assert(ps);//判断是否扩容 SLCheckCapacity(ps);//旧数据往后挪动一位for (int i = ps->size; i > 0 ; i--){ps->arr[i] = ps->arr[i - 1];//ps->arr[1] = ps->arr[0]}ps->arr[0] = x;ps->size++;
}//顺序表的头部 尾部删除
void SLPopBack(SL* ps)
{assert(ps);assert(ps->size);ps->size--;
}
void SLPopFront(SL* ps)
{assert(ps);assert(ps->size);//后面的数据往前挪动一位for (int i = 0; i < ps->size; i++){ps->arr[i-1] = ps->arr[i];//ps->arr[1] = ps->arr[0]}ps->size--;
}void SLPrint(SL* ps)
{for (int i = 0; i < ps->size; i++){printf("%d ", ps->arr[i]);}printf("\n");
}//指定位置之前插入数据
//删除指定位置数据 void SLInsert(SL* ps, int pos, SLDataType x)
{assert(ps);assert(pos >= 0 && pos <= ps->size);SLCheckCapacity(ps);//pos及之后的数据往后挪动一位for (int i = ps->size; i> pos; i--){ps->arr[i] = ps->arr[i - 1];}ps->arr[pos] = x;ps->size++;
}void SLErase(SL* ps, int pos)
{assert(ps);assert(pos >= 0 && pos < ps->size);//pos以后的数据往前挪动一位for (int i = pos; i < ps->size-1; i++){ps->arr[i] = ps->arr[i + 1];//ps->arr[i-2] = ps->arr[i-1];}ps->size--;
}//在顺序表中查找xint SLFind(SL* ps, SLDataType x)
{//加上断言健壮性更好 assert(ps);for (int i = 0; i < ps->size; i++){if (x == ps->arr[i])return i;}return -1;
}

测试代码：Test.c

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include "SeqList.h"void SLTest01()
{SL sl;SLInit(&sl);//测试尾插SLPushBack(&sl, 1);SLPushBack(&sl, 2);SLPushBack(&sl, 3);SLPushBack(&sl, 4);// 1 2 3 4SLPrint(&sl);//SLPushBack(&sl, 5);//SLPrint(&sl);//头插/*SLPushFront(&sl, 5);SLPushFront(&sl, 6);SLPushFront(&sl, 7);*///7 6 5 1 2 3 4//SLPrint(&sl);//尾删//SLPopBack(&sl);//SLPopBack(&sl);//SLPopBack(&sl);//SLPopBack(&sl);//SLPopBack(&sl);/*SLPopFront(&sl);SLPopFront(&sl);SLPrint(&sl);SLPopFront(&sl);SLPrint(&sl);*///指定位置插入//SLInsert(&sl, 0, 100);//SLPrint(&sl);//100 1 2 3 4//SLInsert(&sl, sl.size, 200);//SLPrint(&sl);//100 1 2 3 4 200//SLInsert(&sl, 100, 300);//SLPrint(&sl);//100 1 2 3 4 200//SLErase(&sl, 0);//SLPrint(&sl);//SLErase(&sl, sl.size-1);//SLPrint(&sl);SLErase(&sl, 1);SLPrint(&sl);}void SLTest02()
{SL sl;SLInit(&sl);//测试尾插SLPushBack(&sl, 1);SLPushBack(&sl, 2);SLPushBack(&sl, 3);SLPushBack(&sl, 4);// 1 2 3 4SLPrint(&sl);//测试查找 int ret = SLFind(&sl, 30);if (ret < 0) {printf("数据不存在，查找失败！\n");}else{printf("数据找到了, 在下标为%d位置\n", ret);}
}void SLTest03()
{SL sl;SLInit(&sl);//测试尾插SLPushBack(&sl, 1);SLPushBack(&sl, 2);SLPushBack(&sl, 3);SLPushBack(&sl, 4);// 1 2 3 4SLPrint(&sl);//测试销毁SLDestroy(&sl);SLPrint(&sl);}int main()
{//SLTest01();//SLTest02();SLTest03();return 0;
}

 大家可以根据上述思路和提供的源码，自己练习哦~

后续数据结构的学习，大家需要多画图，多练习代码，这样在实现中能够得心应手~

那么本期博客就讲到这里，如果对你有所帮助~ 别忘了收藏点赞哦

有疑问的，可以随时在评论区骚扰我哟~

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1.RabbitMQ是什么&#xff1f;特点是什么&#xff1f; RabbitMQ是一种开源的消息队列中间件&#xff0c;用于在应用程序之间进行可靠的消息传递。它实现了AMQP&#xff08;Advanced Message Queuing Protocol&#xff09;协议&#xff0c;提供了强大的消息处理能力。RabbitMQ的…
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【数据结构与算法】二叉树

【数据结构与算法】二叉树

二叉树 一.二叉树的结构二.二叉树的插入1.根的插入2.其他的插入 三.二叉树的删除1.找到删除节点2.删除节点的子节点只有一个或没有3.删除节点的子节点有两个 四.完整代码 一.二叉树的结构 树的形式多种多样,但是我们最常用的还是二叉树.在二叉树中最长用的又数二叉搜索树. 这…
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云原生的候选应用

云原生的候选应用

前言&#xff0c;到底哪些应用适合云原生&#xff1f; 云原生应用适合于多种场景&#xff0c;‌包括高并发、‌高负载的Web应用、‌大数据处理、‌容器化应用程序、‌微服务架构、‌DevOps、‌智能物联网、‌云原生区块链应用以及大数据和机器学习。‌ 高并发、‌高负载的Web…
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