C语言进阶——数据结构之顺序表
前言：
大家好呀，我是Humble，今天开始进入我们的一个C语言的数据结构的学习 这也算是Humble做C语言专栏开始到现在迈出的一大步
我们从这篇博客开始，会讲数据结构中的顺序表，和链表
之后会利用这些知识来实战一个项目——通讯录
（注：这些都是建立在C语言上的，更多的数据结构与算法的知识未来会在分享C++的博客中展开，这可以说是一个预热 大家也可以期待一下未来的内容，如果觉得Humble的内容还可以，不妨点个关注 持续关注我的最新博客~）
好了，废话不多说，开始今天的分享吧～
数据结构相关概念
既然开始正式学习数据结构这块知识，首先我们必须知道数据结构是个什么以及我们为什么要学习数据结构？
来看一下吧：
1.什么是数据结构
数据结构是由“数据”和“结构”两词组合而来
那么首先：
A：什么是数据？
Q：肉眼可以看到的信息（文字、图片、视频等等），这些都是数据
A：什么是结构？
Q：当我们想要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
数据结构概念：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：
a.能够存储数据（如顺序表、链表等结构）
b.存储的数据能够方便查找
2、为什么需要数据结构？
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
而其实最基础的数据结构：数组，我们已经知道了
那么有了数组，为什么还要学习其他的数据结构？
举个例子：
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：
求数组的长度，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？）
而我们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
好的，讲了这么多，接下来我们来正式开始学习顺序表吧
（FBI Warning：学习顺序表之前，希望大家先掌握结构体，指针，结构体指针，动态内存管理这些知识，如果还有对这些概念不太熟悉的小伙伴可以看一下我的 C语言语法初阶和C语言语法进阶专栏，这些都是Humble之前都有分享过的~）
顺序表概念及结构
其实，顺序表属于线性表的一种
线性表是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，常见的线性表：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。
我们今天学的顺序表，在逻辑结构上是线性的，在物理结构上是连续的
为什么这么说呢？接下来我们就来了解一下顺序表
顺序表分类
顺序表和数组的区别： 顺序表的底层结构是数组，对数组的封装，实现了常用的增删改查等接口
为什么要将顺序表和数组的区别呢？
是因为其实顺序表与数组非常的相似，如图
我们发现它们是对应的，所以接下来我们来看一下顺序表的这两种分类
顺序表分类
1. 静态顺序表
概念：使用定长数组存储元素
静态顺序表缺陷：
空间给少了不够用，会导致后续的数据保存失败
而给多了，则会造成空间浪费
接下来我们重点看一下动态顺序表
2.动态顺序表
我们在实际使用时更加推荐使用动态顺序表，因为它可以根据需要进行增容
接下来我们就来一步步的实现动态顺序表吧~
实现动态顺序表（重要）
我们在VS中创建了一个名为SeqList（顺序表）的工程，并创建3个文件（1个.h头文件和2个.c源文件）
其中：
SeqList.h用来定义顺序表的结构，以及顺序表要实现的接口和方法
SeqList.c是用来具体实现顺序表里的接口和方法
test.c则用来测试我们写的顺序表的功能能否实现
（注：这种方法我们在之前写扫雷的实现也已经用过了，这种模块化的设计是一种比较好的代码习惯，也很容易让代码逻辑变得更加清晰）
在SeqList.h中，我们这样写：
#pragma once
#include
#include
#include
//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; //将struct SeqList这个结构体类型重命名为SL，之后使用起来更加方便~
//初始化和销毁
void SLInit(SL* ps);
void SLDestroy(SL* ps);
void SLPrint(SL* ps); //保持接口一致性
//顺序表的头部/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SeqList.c中，我们来实现顺序表的这些功能~
#include"SeqList.h"
//初始化
void SLInit(SL* ps)
{
ps->arr = NULL;
ps->size = ps->capacity = 0;
}
//扩容
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) //扩容失败
{
perror("realloc fail!");
exit(1);
}
//扩容成功
ps->arr = tmp;
ps->capacity = newCapacity;
}
}
void SLPrint(SL* ps)
{
for (int i = 0; i < ps->size; i++)
{
printf("%d ", ps->arr[i]);
}
printf("\n");
}
//顺序表的尾部插入
void SLPushBack(SL* ps, SLDataType x)
{
//断言
assert(ps);
//空间不够，扩容
SLCheckCapacity(ps);
//空间足够，直接插入
ps->arr[ps->size++] = x;
}
//顺序表的头部插入
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[0] = x;
ps->size++;
}
//顺序表的尾部删除
void SLPopBack(SL* ps)
{
assert(ps);
assert(ps->size);
//顺序表不为空
ps->size--;
}
//顺序表头部删除
void SLPopFront(SL* ps)
{
assert(ps);
assert(ps->size);
//不为空执行挪动操作
for (int i = 0; i < ps->size - 1; i++)
{
ps->arr[i] = ps->arr[i + 1];
}
ps->size--;
}
//指定位置之前插入数据
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，pos空出来
for (int i = ps->size; i > pos; i--)
{
ps->arr[i] = ps->arr[i - 1]; //ps->arr[pos+1] = ps->arr[pos]
}
ps->arr[pos] = x;
ps->size++;
}
//删除指定位置数据
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--;
}
//查找指定元素，返回下标，不存在返回-1
int SLFind(SL* ps, SLDataType x)
{
assert(ps);
for (int i = 0; i < ps->size; ++i)
{
if (ps->arr[i] == x)
{
return i;
}
}
return -1;
}
//销毁
void SLDestroy(SL* ps)
{
assert(ps);
free(ps->arr);
ps->arr = NULL;
ps->capacity = ps->size = 0;
}
通过SeqList.h和SeqList.c我们就实现了动态顺序表的增删查找，我们可以在test.c文件中边写边进行测试，看看我们写的代码到底对不对
比如初始化：
void slTest01()
{
SL sl;
SLInit(&sl);
}
int main()
{
slTest01()；
return 0;
}我们来调试一下：
我们发现arr，capacity和size都被置为0，说明初始化成功了
再比如尾部插入SLPushBack ( )
void slTest01()
{
SL sl;
SLInit(&sl);
//测试尾插
SLPushBack(&sl, 1);
SLPushBack(&sl, 2);
SLPushBack(&sl, 3);
SLPushBack(&sl, 4);
SLPrint(&sl); //1 2 3 4
}
int main()
{
slTest01()；
return 0;
}运行一下：
接下来我们可以测试一下头插SLPushFront ( )：
void slTest01()
{
SL sl;
SLInit(&sl);
SLPushBack(&sl, 1);
SLPushBack(&sl, 2);
SLPushBack(&sl, 3);
SLPushBack(&sl, 4);
SLPrint(&sl); //1 2 3 4
//测试头插
SLPushFront(&sl, 5);
SLPushFront(&sl, 6);
SLPushFront(&sl, 7);
SLPrint(&sl); //7 6 5 1 2 3 4
}
int main()
{
slTest01()；
return 0;
}运行一下：
再看一下尾删SLPopBack(）：
void slTest01()
{
SL sl;
SLInit(&sl);
SLPushBack(&sl, 1);
SLPushBack(&sl, 2);
SLPushBack(&sl, 3);
SLPushBack(&sl, 4);
SLPrint(&sl); //1 2 3 4
//测试尾删
SLPopBack(&sl);
SLPopBack(&sl);
SLPrint(&sl); //1 2
}
int main()
{
slTest01();
return 0;
}运行一下：
接下来看一下头删 SLPopFront（）：
void slTest01()
{
SL sl;
SLInit(&sl);
SLPushBack(&sl, 1);
SLPushBack(&sl, 2);
SLPushBack(&sl, 3);
SLPushBack(&sl, 4);
SLPrint(&sl); //1 2 3 4
//测试头删
SLPopFront(&sl);
SLPopFront(&sl);
SLPrint(&sl); //3 4
int main()
{
slTest01();
return 0;
}
运行一下：
接下来看一下指定位置之前插入数据 SLInsert（）
void slTest01()
{
SL sl;
SLInit(&sl);
SLPushBack(&sl, 1);
SLPushBack(&sl, 2);
SLPushBack(&sl, 3);
SLPushBack(&sl, 4);
SLPrint(&sl); //1 2 3 4
//测试指定位置之前插入数据
SLInsert(&sl, 0, 100);
SLPrint(&sl); //100 1 2 3 4
SLInsert(&sl, sl.size, 200);
SLPrint(&sl); //100 1 2 3 4 200
int main()
{
slTest01();
return 0;
}运行一下：
最后测试一下删除指定位置数据SLErase（）：
void slTest01()
{
SL sl;
SLInit(&sl);
SLPushBack(&sl, 1);
SLPushBack(&sl, 2);
SLPushBack(&sl, 3);
SLPushBack(&sl, 4);
SLPrint(&sl); //1 2 3 4
//测试删除指定位置数据
SLErase(&sl, 0);
SLPrint(&sl); //2 3 4
SLErase(&sl, sl.size - 1);
SLPrint(&sl)； //2 3
}
int main()
{
slTest01();
return 0;
}
结语：
好了，今天的分享就到这里了
在学习编程的道路上Humble与各位同行,加油吧各位！
最后希望大家点个免费的赞或者关注吧（感谢感谢），也欢迎大家订阅我的专栏
让我们在接下来的时间里一起成长，一起进步吧！
