首页 > 程序开发 > 软件开发 > C语言 >

使用C语言实现线性表

2014-07-30

线性表是最常用且最简单的一种数据结构。一个线性表是n个数据元素的有限序列,序列中的每个数据元素,可以是一个数字,可以是一个字符,也可以是复杂的结构体或对象。例如:1,2,3,4,5是一个线性表,A,B,C,D Z是

线性表是最常用且最简单的一种数据结构。一个线性表是n个数据元素的有限序列,序列中的每个数据元素,可以是一个数字,可以是一个字符,也可以是复杂的结构体或对象。例如:1,2,3,4,5是一个线性表,A,B,C,D...Z是一个线性表,一列列车的车厢1,车厢2...车厢n是一个线性表。
线性表的机内表示法(又称存储结构)有2种,一种是顺序存储结构,另一种是链式存储结构。
顺序存储结构,顾名思义就是按顺序来存储的一种存储结构,比如线性表(1,2,3,4,5),共计5个元素,
每个int型的数据元素假设占用4个存储单元,假设第1个元素数字1的存储地址是1000,则第2个元素数字2的存储地址是1004,第3个元素数字3的存储地址是1008,依此类推,第n个数据元素的存储地址是LOC(an) = LOC(a1)+(n-1)k.(k表示每个数据元素占用的存储单元的长度)
显而易见,这种存储结构,相邻元素在物理位置上也相邻。
通常,我们把采用这种存储结构的线性表称为“顺序表”。
链式存储结构,它不要求相邻的元素在物理位置上也相邻,所以它可用一组处在任意位置的存储单元来存储线性表的数据元素。既然这样,那应该怎样表示数据元素之间的逻辑关系呢?
为了表示数据元素之间的逻辑关系,对于数据元素a1来说,除了存储其自身的信息之外,还需要存储一个指示其直接后继的信息,所以我们引入指针的概念:称存储数据元素信息的域称为数据域,而存储直接后继地址信息的域称为指针域。
我们形象地称这种即包含自身数据信息,又包含其直接后继地址信息的数据元素为“结点”。
显而易见,这种存储结构,相邻元素在物理位置上不一定相邻,他们之间用指针来表示逻辑关系。
通常,我们把采用这种存储结构的线性表称为“线性链表”。
有了基本的概念之后,我们就可以使用编程语言进行描述,使用C、C++、C#、Java等都可以,这篇文章我使用C语言描述。
一、顺序表
为了描述顺序表,我们首先要声明一个结构,如下:
#define LIST_INIT_SIZE 100 //线性表存储空间的初始分配量
#define LISTINCREMENT 10 //线性表存储空间的分配增量(当存储空间不够时要用到)
typedef int ElemType; //数据元素的类型,假设是int型的
typedef struct{
ElemType *elem; //存储空间的基地址
int length; //当前线性表的长度
int listsize; //当前分配的存储容量
}SqList;
定义好线性表后,就可以对它进行操作了,常见的线性表的基本操作有:创建线性表、查找元素、插入元素、删除元素、清空、归并等。
线性表的基本操作在顺序表中的实现:
1.创建线性表
int InitList(SqList &L)
{
L.elem = (ElemType *)malloc(LIST_INIT_SIZE * sizeof(ElemType));//开辟一个存储空间,并把这块存储空间的基地址赋值给elem
if (!L.elem)
{
return -1; //空间分配失败
}
L.length = 0; //当前长度
L.listsize = LIST_INIT_SIZE; //当前分配量
return 0;
}
2.查找元素(按值查找)
线性表的按值查找是指在线性表中查找与给定值x相等的数据元素。完成该操作最简单的方法是从第一个元素a1开始依次和x比较,若相等,则返回该元素的下标。
若查遍整个表都没有找到与x相等的元素,则返回-1。
时间复杂度:算法的基本操作(比较x与L中第i<1,n>个元素)与元素x在表中的位置有关,也与表长有关。当a1=x时,比较1次成功,当an=x时,比较n次成功,平均比较次数为n+1/2,时间复杂度为O(n)。
int LocateElem(SqList L, ElemType x)
{
int pos = -1;
for (int i = 0; i < L.length; i++)
{
if (L.elem[i] == x)
{
pos = i;
}
}
return pos;
}
3.插入元素
时间复杂度O(L.length)即O(n)
int ListInsert(SqList &L, int i, ElemType e)
{
//判断插入位置的合法性
if (i<1 || i>L.length+1) return -1;
//判断存储空间是否够用
if (L.length >= L.listsize)
{
ElemType *newbase = (ElemType *)realloc(L.elem, (L.listsize + LISTINCREMENT)*sizeof(ElemType));
if (!newbase) return -1;//存储空间分配失败
L.elem = newbase;//新基址
L.listsize += LISTINCREMENT;//增加存储容量
}
//插入操作
ElemType *q, *p; //定义2个指针变量
q = &(L.elem[i-1]); //q为插入位置(注意形参i是序号,序号是从从1开始的,而下标是从0开始的,因此这里转成下标后是i-1)
for (p = &(L.elem[L.length - 1]); p >= q; --p) //从ai到an-1依次后移,注意后移操作要从后往前进行
{
*(p + 1) = *p;
}
*q = e;
++L.length;//表长加1
return 0;
}
4.删除元素
时间复杂度O(L.length)即O(n)
int ListDelete(SqList &L, int i, ElemType &e)
{
//判断删除位置的合法性
if (i<1 || i>L.length) return -1;
//删除操作
ElemType *q, *p;//定义2个指针变量
p = &(L.elem[i - 1]);//p为被删除元素的位置(注意形参i是序号,序号是从从1开始的,而下标是从0开始的,因此这里转成下标后是i-1)
e = *p; //被删除的元素赋值给e(可能用不到,也可能用到,所以保存给e吧)
q = L.elem + L.length - 1;//q指向表尾最后一个元素(q是最后一个元素的地址)
for (++p; p <= q; ++p) //从p的下一个元素开始依次前移
{
*(p - 1) = *p;
}
--L.length;//表长减1
return 0;
}
测试代码如下:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
SqList list;
InitList(list);
int n = 10;
//添加10个数字给线性表list
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
ListInsert(list, i+1, i+1);
}
//删除第5个
ElemType e;
ListDelete(list, 5, e);
printf("删除的元素是:%d\n", e);
//在第2个位置插入一个元素-1
ListInsert(list, 2, -1);
//输出线性表
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
printf("%d ", list.elem[i]);
}
//输出结果是:1 -1 2 3 4 6 7 8 9 10
system("pause");
}
二、线性链表
为了描述线性链表,我们首先要声明一个结构,如下:
typedef struct LNode{
ElemType data; //数据域
struct LNode *next;//指针域
}LNode;
定义好线性链表后,就可以对它进行操作了,常见的线性链表的基本操作有:查找、插入、删除、清空等。
线性表的基本操作在线性链表中的实现:
1.1创建链表(头插法) 时间复杂度O(n)
LNode * CreateListHead(int n)
{
LNode *L;
L = (LNode *)malloc(sizeof(LNode));
L->next = NULL;
LNode *p;//p为新结点,指向最后一个元素
for (int i = n; i > 0; --i)
{
p = (LNode *)malloc(sizeof(LNode));//为新结点开辟空间
scanf("%d",&p->data);
p->next = L->next;
L->next = p;
}
return L;
}
1.2创建链表(尾插法)
LNode * CreateListTail()
{
LNode *L;
L = (LNode *)malloc(sizeof(LNode));
L->next = NULL;//空表
LNode *s, *r = L;//r是尾指针 s是新结点
int x;
scanf("%d", &x);
int flag = 0;//结束标记
while (x != flag)
{
s = (LNode *)malloc(sizeof(LNode));
s->data = x;
r->next = s;
r = s;
scanf("%d", &x);
}
r->next = NULL;//最后一个元素next域指向NULL
return L;
}
2.查找元素(取第i个元素)
int GetElem(LNode L, int i, ElemType &e)
{
LNode *head,*p;//head是头指针,p为查找下标
head = &L;
p = head;//p的初值指向第1个元素
int j = 0;
while (p !=NULL && j<i)
{
p = p->next;
j++;
}
if (p == NULL || j>i) return -1; //第i个元素不存在
e = p->data;
return 0;
}
3.插入元素
在链表中插入结点,只需要修改指针。
若要在第i个结点之前插入元素,则首先需要找到第i-1个结点,然后修改第i-1个结点的指针。
时间复杂度O(n)
int ListInsert(LNode *L, int i, ElemType e)
{
LNode *p;//设p为第i-1个结点
//首先要找到第i-1个结点
int j = 0;
p = L;
while (p != NULL && j < i-1)
{
p = p->next;
j++;
}
//申请一个新结点
LNode *s = (LNode *)malloc(sizeof(LNode));
s->data = e;
s->next = p->next; //s的直接后继指向p原来的直接后继
p->next = s; //p的直接后继指向s
return 0;
}
4.删除元素
若要删除第i个结点,则只需要修改第i-1个结点的指针指向第i+1个即可
时间复杂度O(L.length)即O(n)
int ListDelete(LNode *L, int i, ElemType &e)
{
LNode *p,*q;//设p为第i-1个结点 q标示删除位置
//首先要找到第i-1个结点
int j = 0;
p = L;//p为L的基地址
while (p != NULL && j < i-1)
{
p = p->next;
j++;
}
q = p->next;
p->next = q->next;//p的next域指向p->next->next
e = q->data;
return 0;
}
测试代码如下:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
LNode *L;
L = CreateListTail();//创建一个线性链表,输入0结束
ListInsert(L, 1, 100);//在第1个位置插入100
ElemType e;//待删除的元素
ListDelete(L, 3, e);//删除第3个元素
LNode *p;
p = L;
printf("输出线性链表:\n");
while (p->next != NULL)
{
p = p->next;
printf("%d ", p->data);
}
system("pause");
}
笔者初学数据结构,如有不足之处,欢迎指正。
相关文章
最新文章
热点推荐