C語言超詳細講解線性表
更新時間：2022年07月02日 11:12:34 作者：剛?cè)腴T的小仙女
線性表，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中最簡單的一種存儲結(jié)構(gòu)，專門用于存儲邏輯關(guān)系為"一對一"的數(shù)據(jù)。線性表是基于數(shù)據(jù)在實際物理空間中的存儲狀態(tài)，又可細分為順序表（順序存儲結(jié)構(gòu)）和鏈表
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態(tài)數(shù)組的方式實現(xiàn)。
1.1 管理結(jié)點
在順序表中，管理節(jié)點內(nèi)部一般存放：數(shù)據(jù)域地址(*data)、**總?cè)萘?size)以及當前數(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;
//當前元素個數(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
if(v->len == v->size) return ;
//維護順序表的特性 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;
//更新當前元素個數(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 順序表的擴容
擴容：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
//倍增法擴容 size -> size + exsize
int expand(Vector *v){
//擴容為 size + exSize
int exSize = v->size;
int *tmp;
while(exSize){
//嘗試向內(nèi)存申請空間
tmp = (int *) realloc(v->data, sizeof(int) * (v->size + exSize));
//申請成功
if(tmp) break;
//申請不成功 exSize/2 繼續(xù)申請
exSize >>= 1;
}
//徹底失敗 未申請到空間
if(!tmp) return 0;
//擴容成功
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) {
//嘗試擴容 擴容成功為 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)點中的指針實現(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)元素被稱為“結(jié)點”，節(jié)點內(nèi)部存放數(shù)據(jù)與指向下一個結(jié)點的指針。
//定義結(jié)點
typedef struct Node{
int val;
struct Node *next;
} Node;
//結(jié)點初始化
Node *initNode(int val){
Node *node = (Node *) malloc(sizeof(Node));
node->val = val;
node->next = NULL;
return node;
}
//釋放結(jié)點
void freeNode(Node *node){
if(!node) return ;
free(node);
}
只有單一結(jié)點指針的鏈表的全程是“單鏈表”，經(jīng)常被簡稱為鏈表。
鏈表的管理結(jié)點一般僅需要存放頭結(jié)點指針(*head)。
如果需要頻繁獲取鏈表長度，管理結(jié)點中可以額外存放鏈表長度(len)。
//定義鏈表 管理結(jié)點
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)點放在 head 后，時間復(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：找到最后一個結(jié)點，將新節(jié)點插入。如果沒有設(shè)計尾指針，則時間復(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為第一個結(jié)點 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)點為頭結(jié)點
// idx > 0 插入至第 i 個結(jié)點后
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)點索引為 0
Node *p = list->head;
//p 找到第 idx - 1個結(jié)點
// i = 1 結(jié)點索引為 1
// i = 2 結(jié)點索引為 2
// i = idx - 1 結(jié)點索引為 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號索引結(jié)點
Node *p = list->head;
//刪除索引為 0 的結(jié)點 更改head
if(idx == 0){
list->head = p->next;
list->len--;
freeNode(p);
return;
}
//找到idx-1個結(jié)點
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
在需要特殊處理頭結(jié)點的時候，可以實現(xiàn)一個帶有虛頭結(jié)點的鏈表。在鏈表初始化或在某些操作執(zhí)行時，將一個額外的結(jié)點放在頭指針執(zhí)行的地方。虛頭結(jié)點可以使得整個鏈表永遠不空，永遠有頭。所以擁有虛頭結(jié)點的鏈表在處理各類結(jié)點操作時會更加便捷。
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)點是否是鏈表的第一個結(jié)點。
//結(jié)點部分沒有改動
//定義結(jié)點
typedef struct Node{
int val;
struct Node *next;
} Node;
//結(jié)點初始化
Node *initNode(int val){
Node *node = (Node *) malloc(sizeof(Node));
node->val = val;
node->next = NULL;
return node;
}
//釋放結(jié)點
void freeNode(Node *node){
if(!node) return ;
free(node);
}
//定義鏈表 管理結(jié)點
typedef struct List{
Node *head;
int len;
} List;
//初始化鏈表
List *initList() {
List *list = (List *) malloc(sizeof(List));
//變動 ：初始化的時候賦予一個結(jié)點 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
node->next = list->head->next;
// 變動
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 刪除對鏈表是否為空的判斷 可以直接進行插入
//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 ： 刪除對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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