数据结构之顺序表实现
顺序表简介
顺序表就是以数组的形式来存储和管理业务节点。具体的数据结构如下图:
由上图可知,seqlist结构体就是具体的顺序表数据结构,length变量表示存储的业务节点的个数,capacity变量表示pnode指向的堆区空间容量。该堆区是一个指针数组,每一个数组元素存储一个业务节点的地址,来指向各个业务节点,因此,管理这个指针数组的是一个二级指针pnode;
头文件说明
//seqlist.h
#ifndef _SEQLIST_H_
#define _SEQLIST_H_
typedef void SeqList;
typedef void SeqListNode;
typedef struct tag_SeqList{
int length;
int capacity;
unsigned int **pnode;
}TSeqList;
//创建并且返回一个空的线性表
SeqList *SeqList_Create(int capacity);
//销毁一个线性表
void SeqList_Destroy(SeqList* plist);
//将一个线性表list中的所有元素清空,线性表回到创建时的状态
void SeqList_Clear(SeqList* plist);
//返回一个线性表list中的所有元素个数
int SeqList_Length(SeqList* plist);
//向一个线性表list的pos位置处插入新元素node节点
int SeqList_Insert(SeqList* plist, SeqListNode* pnode, int pos);
//获取一个线性表list的pos位置处的元素
SeqListNode* SeqList_Get(SeqList* plist, int pos);
//删除一个线性表list的pos位的node节点元素,返回值为被删除的元素,NULL表示删除失败
SeqListNode* SeqList_Delete(SeqList* plist, int pos);
//遍历顺序表
#define SeqList_Traverse(plist,node_type,number) \
({ \
int i;\
for(i=0; i < plist->length; i++) { \
printf("number: %d\n",((typeof(node_type)*)(plist->pnode[i]))->number);\
} })
#endif //seqlist.h
seqlist.h头文件是对顺序表数据结构和功能接口的抽象。在这之中,主要注意一下几点:
- SeqList和SeqListNode的数据类型: 是将void数据类型的封装。原因之一是增强代码的可读性,其二,将void封装,是为了兼容更多种类型的业务节点。
- 以宏函数形式遍历顺序表:首先,我想说名的一点是,遍历的功能其实在我们设计数据结构的操作函数时是没必要设计的。我们设计的是对业务节点的管理,是“增删改查”,“查”本就可以获取想要的业务节点,但当我设计是,我们常常会提到遍历的功能,可在我设计时发现,数组指针中数组元素指向的业务节点的数据类型不确定,所以无法用printf函数直接打印想要的节点数据。想尝试的解决这个问题,于是我才设计了这个宏函数。不用定义的函数的方式去实现遍历功能,是因为无法在形参中直接获取业务节点的数据类型,只能通过宏的形式获取业务节点的数据类型。测试代码如下:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef struct a{
char ch;
int num;
}A;
int main ()
{
A a;
void *ptype = NULL;
ptype = (void *)&a;
printf("%lu\n",sizeof(typeof(ptype)));
return 0;
}
运行的结果是:4,而不是8。得到的是ptype指针的数据类型,而不是struct a这种数据类型。如果我们用定义函数的方式而不是定义宏函数的方式去实现遍历时,那么,我们接收业务节点的形参只能是“void *”类型,但我们无法在函数内部利用typeof关键子获取到形参指向的数据的数据类型,而宏函数能做到。
功能函数实现
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "seqlist.h"
//创建并且返回一个空的线性表
SeqList *SeqList_Create(int capacity)
{
TSeqList *plist = NULL;
plist = (TSeqList*)malloc(sizeof(TSeqList));
memset(plist, 0, sizeof(TSeqList));
if(NULL == plist)
{
perror("SeqList_Create TSeqList");
return NULL;
}
plist->pnode = (unsigned int**)malloc(sizeof(unsigned int)*capacity);
memset(plist->pnode, 0, sizeof(unsigned int)*capacity);
if(NULL == plist->pnode)
{
perror("SeqList_Create pnode");
return NULL;
}
//plist->length = 0;
plist->capacity = capacity;
return plist;
}
//销毁一个线性表
void SeqList_Destroy(SeqList* plist)
{
TSeqList *ptlist = (TSeqList*)plist;
if(NULL == ptlist)
{
printf("SeqList is empty(SeqList_Destroy)!\n ");
return ;
}
if(ptlist->pnode != NULL)
{
free(ptlist->pnode);
}
free(plist);
return ;
}
//将一个线性表list中的所有元素清空,线性表回到创建时的状态
void SeqList_Clear(SeqList* plist)
{
TSeqList *ptlist = (TSeqList*)plist;
if(NULL == ptlist)
{
printf("SeqList is empty(SeqList_Clear)!\n ");
return ;
}
ptlist->length = 0;
return ;
}
//返回一个线性表list中的所有元素个数
int SeqList_Length(SeqList* plist)
{
TSeqList *ptlist = (TSeqList*)plist;
if(NULL == ptlist)
{
printf("SeqList is empty(SeqList_Length)!\n ");
return -1;
}
return ptlist->length;
}
//向一个线性表list的pos位置处插入新元素node节点
int SeqList_Insert(SeqList* plist, SeqListNode* pnode, int pos)
{
TSeqList *ptlist = (TSeqList*)plist;
if(NULL == ptlist || NULL == pnode )
{
printf("SeqList is empty(SeqList_Insert)!\n ");
return -1;
}
if( pos<-1 || pos >= ptlist->capacity )
{
printf("pos is unvalid(SeqList_Insert)!\n");
return -2;
}
int i;
for(i=ptlist->length; i>pos; i--)
ptlist->pnode[i] = ptlist->pnode[i-1];
ptlist->pnode[pos] = (unsigned int*)pnode;
ptlist->length ++;
return 0;
}
//获取一个线性表list的pos位置处的元素
SeqListNode* SeqList_Get(SeqList* plist, int pos)
{
TSeqList *ptlist = (TSeqList*)plist;
if(NULL == ptlist)
{
printf("SeqList is empty(SeqList_Get)!\n ");
return NULL;
}
if( pos<-1 || pos > ptlist->capacity )
{
printf("pos is unvalid(SeqList_Insert)!\n");
return NULL;
}
return ptlist->pnode[pos];
}
//删除一个线性表list的pos位的node节点元素,返回值为被删除的元素,NULL表示删除失败
SeqListNode* SeqList_Delete(SeqList* plist, int pos)
{
TSeqList *ptlist = (TSeqList*)plist;
if(NULL == ptlist)
{
printf("SeqList is empty!(SeqList_Delete)\n ");
return NULL;
}
if( pos<-1 || pos > ptlist->capacity )
{
printf("pos is unvalid!(SeqList_Delete)\n");
return NULL;
}
SeqListNode *pnode = NULL;
pnode = (SeqListNode*)ptlist->pnode[pos];
int i;
for(i=pos; i < ptlist->length; i++)
ptlist->pnode[i] = ptlist->pnode[i+1];
ptlist->length --;
return pnode;
}
功能测试代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "seqlist.h"
typedef struct student{
char name[20];
int age;
}student;
int main(int argc, char *argv[])
{
student stu1,stu2,stu3,stu4,stu5;
stu1.age = 20;
stu2.age = 21;
stu3.age = 22;
stu4.age = 23;
stu5.age = 24;
TSeqList *pslist = (TSeqList*)SeqList_Create(5);
SeqList_Insert(pslist, (SeqListNode*)&stu1, 0);
SeqList_Insert(pslist, (SeqListNode*)&stu2, 1);
SeqList_Insert(pslist, (SeqListNode*)&stu3, 2);
SeqList_Insert(pslist, (SeqListNode*)&stu4, 3);
SeqList_Insert(pslist, (SeqListNode*)&stu5, 4);
printf("length: %d\n",SeqList_Length(pslist));
SeqList_Traverse(pslist,student,age);
SeqList_Delete(pslist,2);
printf("length: %d\n",SeqList_Length(pslist));
int i;
student *ptmp = NULL;
for(i=0; i < SeqList_Length(pslist); i++)
{
ptmp = SeqList_Get(pslist,i);
printf("age: %d\n",ptmp->age);
}
SeqList_Clear(pslist);
SeqList_Destroy(pslist);
return 0;
}
总结
学数据结构我们要做的不仅仅是学习数据结构的算法实现,更重要的是能写出一种具有普适性的工具,站在一个更高的设计策略的角度去设计代码,这点对于学习数据结构来说很重要,没有这点做支撑,学到的数据结构就只是一个空壳子,无法灵活的应用。