C語(yǔ)言超詳細(xì)講解線性表
1. 順序表
順序表是指用一段連續(xù)的地址,依次存放數(shù)據(jù)元素的線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。此種存儲(chǔ)方式使得順序表的物理結(jié)構(gòu)與邏輯結(jié)構(gòu)都是連續(xù)的。
與數(shù)組的區(qū)別:函數(shù)中的數(shù)組被存放在棧段中,而棧段有系統(tǒng)限制的大?。墒褂胾limit -s查看系統(tǒng)限制的大小,單位為KB),因此順序表往往使用在堆段中操作管理動(dòng)態(tài)數(shù)組的方式實(shí)現(xiàn)。
1.1 管理結(jié)點(diǎn)
在順序表中,管理節(jié)點(diǎn)內(nèi)部一般存放:數(shù)據(jù)域地址(*data)、**總?cè)萘?size)以及當(dāng)前數(shù)據(jù)量(len)**等等。
#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<string.h> typedef struct Vector { //數(shù)據(jù)域 int *data; //總?cè)萘? int size; //當(dāng)前元素個(gè)數(shù) 或 指向末尾元素的后一位 int len; } Vector; //初始化 Vector *initVector(int size){ Vector *v = (Vector *) malloc(sizeof(Vertor)); v->data = (int *) malloc(sizeof(int) * size); v->len = 0; v->size = size; return v; } //釋放 void freeVector(Vector *v){ if(!v) return; free(v->data); free(v); } int main(){ //初始化size為10的線性表 Vector *v = initVector(10) return 0; }
1.2 順序表的插入
//插入 //將 v->data[idx] 處變成 val void insert(Vector *v, int idx, int val){ //判斷 v 是否為空 返回 if(!v) return; //判斷 idx 是否合法 if(idx > v->len || idx < 0) return ; //判斷 v 的容量是否已滿(mǎn) if(v->len == v->size) return ; //維護(hù)順序表的特性 將 idx 及之后的元素后移 for(int i = v->len; i > idx ;i++){ v->data[i] = v->data[i - 1]; } //在 idx 處插入數(shù)據(jù) v->data[i] = val; //更新當(dāng)前元素個(gè)數(shù) v->len++; }
1.3 順序表的刪除
//刪除 //將 v->data[idx] 刪除 void delete(Vector *v, int idx){ if(!v) return ; if(idx >= v->len || idx < 0) return ; // idx 之后的元素前移 for(int i = idx; i < v->len-1; i++){ v->data[i] = v->data[i + 1]; } v->len--; }
1.4 順序表的擴(kuò)容
擴(kuò)容:新創(chuàng)建 原size * 2 的空間,然后將原數(shù)據(jù)從原空間遷移到新空間
//倍增法擴(kuò)容 size -> size + exsize int expand(Vector *v){ //擴(kuò)容為 size + exSize int exSize = v->size; int *tmp; while(exSize){ //嘗試向內(nèi)存申請(qǐng)空間 tmp = (int *) realloc(v->data, sizeof(int) * (v->size + exSize)); //申請(qǐng)成功 if(tmp) break; //申請(qǐng)不成功 exSize/2 繼續(xù)申請(qǐng) exSize >>= 1; } //徹底失敗 未申請(qǐng)到空間 if(!tmp) return 0; //擴(kuò)容成功 v->data = tmp; v->size += exSize; return 1; } //插入 //將 v->data[idx] 處變成 val void insert(Vector *v, int idx, int val){ ... if(v->len == v->size) { //嘗試擴(kuò)容 擴(kuò)容成功為 1 失敗為 0 if(!expand(v)) return; } ... }
2. 鏈表
2.1 定義
鏈表是一種物理結(jié)構(gòu)不連續(xù),但可以依靠結(jié)點(diǎn)中的指針實(shí)現(xiàn)邏輯結(jié)構(gòu)連續(xù)的線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
構(gòu)成鏈表的數(shù)據(jù)元素被稱(chēng)為“結(jié)點(diǎn)”,節(jié)點(diǎn)內(nèi)部存放數(shù)據(jù)與指向下一個(gè)結(jié)點(diǎn)的指針。
//定義結(jié)點(diǎn) typedef struct Node{ int val; struct Node *next; } Node; //結(jié)點(diǎn)初始化 Node *initNode(int val){ Node *node = (Node *) malloc(sizeof(Node)); node->val = val; node->next = NULL; return node; } //釋放結(jié)點(diǎn) void freeNode(Node *node){ if(!node) return ; free(node); }
只有單一結(jié)點(diǎn)指針的鏈表的全程是“單鏈表”,經(jīng)常被簡(jiǎn)稱(chēng)為鏈表。
鏈表的管理結(jié)點(diǎn)一般僅需要存放頭結(jié)點(diǎn)指針(*head)。
如果需要頻繁獲取鏈表長(zhǎng)度,管理結(jié)點(diǎn)中可以額外存放鏈表長(zhǎng)度(len)。
//定義鏈表 管理結(jié)點(diǎn) typedef struct List{ Node *head; int len; } List; //初始化鏈表 List *initList() { List *list = (List *) malloc(sizeof(List)); list->head = NULL; list->len = 0; return list; }
2.2 頭部插入
頭插法:將新插入的節(jié)點(diǎn)放在 head 后,時(shí)間復(fù)雜度O(1)
//頭部插入 void insertToHead(List *list, int val){ if(!list) return ; Node *node = initNode(val); node->next = list->head; list->head = node; list->len++; }
2.3 尾部插入
尾插法:找到最后一個(gè)結(jié)點(diǎn),將新節(jié)點(diǎn)插入。如果沒(méi)有設(shè)計(jì)尾指針,則時(shí)間復(fù)雜度為O(n)。
//尾部插入 void insertToTail(List *list, int val){ if(!list) return ; Node *node = initNode(val); //如果list為空 則node為第一個(gè)結(jié)點(diǎn) 讓head等于node //判斷條件可更改為list->len == 0 if(list->head == NULL){ list->head = node; list->len++; return ; } Node *p = list->head; while(p->next != NUll){ p = p->next; } p->next = node; list->len++; }
//測(cè)試 int main(){ List *list1 = initList(); List *list2 = initList(); for(int i = 0;i <= 10;i += 2){ insertToHead(list1,i); } Node *p = list1->head; while(p){ printf("%d -> ",p->val); p = p->next; } printf("\n"); for(int i = 1;i <= 10;i += 2){ insertToTail(list2,i); } Node *q = list2->head; while(q){ printf("%d -> ",q->val); q = q->next; } printf("\n"); return 0; }
輸出結(jié)果:
2.4 任意位置插入
//任意位置的插入 // idx = 0 待插入結(jié)點(diǎn)為頭結(jié)點(diǎn) // idx > 0 插入至第 i 個(gè)結(jié)點(diǎn)后 void insert(List *list, int idx, int val){ if(!list) return ; if(idx > list->len || idx < 0) return ; if(idx == 0){ //頭插法 insertToHead(list,val); return; } Node *node = initNode(val); //結(jié)點(diǎn)索引為 0 Node *p = list->head; //p 找到第 idx - 1個(gè)結(jié)點(diǎn) // i = 1 結(jié)點(diǎn)索引為 1 // i = 2 結(jié)點(diǎn)索引為 2 // i = idx - 1 結(jié)點(diǎn)索引為 idx - 1 for(int i = 1;i <= idx - 1;i++){ p = p->next; } //插入 node->next = p->next; p->next = node; list->len++; }
2.5 任意位置刪除
//任意位置的刪除 void remove(List *list, int idx){ if(!list) return ; if(idx > list->len || idx < 0) return ; //p為0號(hào)索引結(jié)點(diǎn) Node *p = list->head; //刪除索引為 0 的結(jié)點(diǎn) 更改head if(idx == 0){ list->head = p->next; list->len--; freeNode(p); return; } //找到idx-1個(gè)結(jié)點(diǎn) for(int i = 1;i <= idx - 1;i ++){ p = p->next; } Node *node = p->next; //刪除 p->next = p->next->next; list->len--; freeNode(node); }
2.6 虛頭結(jié)點(diǎn)
在需要特殊處理頭結(jié)點(diǎn)的時(shí)候,可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)帶有虛頭結(jié)點(diǎn)的鏈表。在鏈表初始化或在某些操作執(zhí)行時(shí),將一個(gè)額外的結(jié)點(diǎn)放在頭指針執(zhí)行的地方。虛頭結(jié)點(diǎn)可以使得整個(gè)鏈表永遠(yuǎn)不空,永遠(yuǎn)有頭。所以擁有虛頭結(jié)點(diǎn)的鏈表在處理各類(lèi)結(jié)點(diǎn)操作時(shí)會(huì)更加便捷。
任意位置插入:不需要特殊考慮插入位置是否在鏈表頭部。
任意位置刪除:不需要特殊考慮刪除的結(jié)點(diǎn)是否是鏈表的第一個(gè)結(jié)點(diǎn)。
//結(jié)點(diǎn)部分沒(méi)有改動(dòng) //定義結(jié)點(diǎn) typedef struct Node{ int val; struct Node *next; } Node; //結(jié)點(diǎn)初始化 Node *initNode(int val){ Node *node = (Node *) malloc(sizeof(Node)); node->val = val; node->next = NULL; return node; } //釋放結(jié)點(diǎn) void freeNode(Node *node){ if(!node) return ; free(node); } //定義鏈表 管理結(jié)點(diǎn) typedef struct List{ Node *head; int len; } List; //初始化鏈表 List *initList() { List *list = (List *) malloc(sizeof(List)); //變動(dòng) :初始化的時(shí)候賦予一個(gè)結(jié)點(diǎn) 任意數(shù)值都可以 list->head = initNode(-1); list->len = 0; return list; } //頭部插入 void insertToHead(List *list, int val){ if(!list) return ; Node *node = initNode(val); // 變動(dòng) node->next = list->head->next; // 變動(dòng) list->head->next = node; list->len++; } //尾部插入 void insertToTail(List *list, int val){ if(!list) return ; Node *node = initNode(val); //變動(dòng) 刪除對(duì)鏈表是否為空的判斷 可以直接進(jìn)行插入 //此處可以謝偉 Node *p = list->head->next; Node *p = list->head; while(p->next != NULL){ p = p->next; } p->next = node; list->len++; } //任意位置的插入 void insert(List *list, int idx, int val){ if(!list) return ; if(idx > list->len || idx < 0) return ; //變動(dòng) : 刪除對(duì)鏈表是否為空的判斷 Node *node = initNode(val); Node *p = list->head; for(int i = 1;i <= idx;i++){ p = p->next; } //插入 node->next = p->next; p->next = node; list->len++; } //任意位置的刪除 void remove(List *list, int idx){ if(!list) return ; if(idx > list->len || idx < 0) return ; Node *p = list->head; for(int i = 1;i <= idx;i ++){ p = p->next; } Node *node = p->next; //刪除 p->next = p->next->next; list->len--; freeNode(node); }
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