数据结构与算法学习笔记一---线性表的实现(C语言)

目录

2.线性表的实现

1.线性表的顺序存储表示

1.定义

2.初始化

3.判断是否为空表

4.求表长

5.查找

6.查询直接前驱节点

7.查询直接后继节点

8. 插入顺序表插入

9.删除节点

10.遍历顺序表

11.完整代码

2.线性表的链式存储表示

1.定义

2.初始化

3.判断是否为空表

4.求表长

5.查找

6.查询直接前驱节点

7.查询直接后继节点

8. 插入

9.删除节点

10.遍历顺序表

11.完整代码

    由n（n≥0）个数据特性相同的元素构成的有限序列称为线性表。线性表中元素的个数n（n≥0）定义为线性表的长度，n=0时称为空表。对于非空的线性表或线性结构，其特点是：
（1）存在唯一的一个被称作“第一个”的数据元素；
（2）存在唯一的一个被称作“最后一个”的数据元素；
（3）除第一个之外，结构中的每个数据元素均只有一个前驱；
（4）除最后一个之外，结构中的每个数据元素均只有一个后继。

2.线性表的实现

        线性表有顺序存储和链式存储两种表示方法。

1.线性表的顺序存储表示

        顺序表是一种线性表的存储结构，它用一组地址连续的存储单元依次存储线性表的数据元素。顺序表中的元素在物理位置上是连续存储的，这使得顺序表在存取元素时具有良好的随机访问性能。

        在 C 语言中，顺序表通常通过数组来实现。每个元素在数组中的下标可以作为该元素在顺序表中的位置，因此可以直接通过下标访问或修改元素，具有较高的访问效率。

1.定义

#define MAXSIZE 100 //顺序表的最大长度
#define ElementType inttypedef struct {ElementType *element; // 存储空间基地址int length;           // 当前长度
} SeqList;

2.初始化

        初始化线性表的时候，我们需要先给线性表分配存储空间，然后把线性表的表长置空。

// 初始化
int initSeqList(SeqList *seqList) {seqList->element = (ElementType *)malloc(sizeof(ElementType) * MAXSIZE);if (seqList->element == NULL) { // 初始化失败printf("初始化分配空间失败!\n");return 0;}seqList->length = 0;return 1;
}

3.判断是否为空表

int seqListIsEmpty(SeqList *seqList){return seqList->length == 0;
}

4.求表长

int seqListLength(SeqList *seqList){int length = seqList->length;return length;
}

5.查找

        一个是根据下标查找，这种查找结构是唯一的。还有就是根据元素查找，这里返回的是第一个和要查找的元素相同的元素下标。

int getElement(SeqList *seqList,int location,int * element){if (location < 1 || location > seqList->length) {printf("非法位置\n");return 0;}if (seqList->length < 1) {printf("非法顺序表");return 0;}* element = seqList->element[location-1];return 1;
}
int getLocate(SeqList *seqList,ElementType element){for (int i = 0; i<seqList->length; i++) {if (seqList->element[i] == element) {return i;}}return -1;
}

6.查询直接前驱节点

        遍历顺序表，先查看节点是否存在，在查看前驱节点。

// 查询直接前驱节点
int priorElement(SeqList *seqList,ElementType element, ElementType * previousLlement){int hasExistElement = 0;int index = -1;for (int i = 0; i < seqList->length ; i++) {if (seqList->element[i] == element) {index = i;hasExistElement = 1;}}if (hasExistElement) {if (index <= 0) {//第1个元素没有前驱节点return 0;} else {* previousLlement = seqList->element[index - 1];return 1;}} else {return 0;}
}

7.查询直接后继节点

        遍历顺序表，先查看节点是否存在，在判断是否有后继节点。

// 查询直接后继节点
int nextElement(SeqList *seqList,ElementType element, ElementType * nextElement){int hasExistElement = 0;int index = -1;for (int i = 0; i < seqList->length ; i++) {//判断后继节点是否存在if (seqList->element[i] == element) {index = i;hasExistElement = 1;}}if (hasExistElement) {if (index >= seqList->length-1) {//最后一个节点没有后继节点return 0;} else {* nextElement = seqList->element[index + 1];return 1;}} else {return 0;}
}

8. 插入顺序表插入

        判断下要插入的位置是否合法以及存储空间是否已经满了。

// 插入顺序表插入
void insertSeqList(SeqList *seqList, int location, ElementType  element) {if (location < 1 || location > seqList->length + 1) {printf("插入位置非法,insertSeqList方法插入❎\n");return;}if (seqList->length == MAXSIZE) {//存储空间已满printf("数组存储已满");return ;}for (int j = seqList->length; j >= location; j--) {seqList->element[j] = seqList->element[j - 1];}seqList->element[location - 1] = element;seqList->length++;printf("insertSeqList方法插入✅\n");
}

9.删除节点

        遍历顺序表，根据下标找到要删除掉元素，表长减一。

// 删除节点
int deleteElement(SeqList *seqList,int position){if (position < 1 || position > seqList->length) {//非法位置return 0;}for (int i = position - 1; i<seqList->length -1; i++) {seqList->element[i] = seqList->element[i+1];}seqList->length--;return 1;
}

10.遍历顺序表

        我们使用for循环遍历顺序表。

// 遍历顺序表
void traverseList(SeqList *seqList){for (int i = 0; i < seqList->length; i++) {printf("%d\t", seqList->element[i]);}printf("\n");
}

11.完整代码

        在这里。

2.线性表的链式存储表示

        线性表的链式存储表示使用链表来实现。链表是一种数据结构，由一系列节点组成，每个节点包含数据元素和指向下一个节点的指针（或链接）。在链表中，每个节点的地址不一定是连续的，而是通过指针相互链接起来。

        线性表的链式存储表示具有动态的内存分配特性，可以根据需要动态地分配和释放内存，因此可以有效地利用内存空间，并且不受固定大小的限制。此外，链式存储结构支持高效的插入和删除操作，但访问元素时需要遍历链表，效率较低。

1.定义

#define ElementType inttypedef struct LNode{ElementType data;//数据域struct LNode * next; //指针域
}LNode,*LinkList; //LinkList为指向结构体LNode的指针

2.初始化

        初始化线性表的时候，我们需要先给线性表分配存储空间，然后把线性表的表长置空。

// 初始化
int initSeqList(SeqList *seqList) {seqList->element = (ElementType *)malloc(sizeof(ElementType) * MAXSIZE);if (seqList->element == NULL) { // 初始化失败printf("初始化分配空间失败!\n");return 0;}seqList->length = 0;return 1;
}

3.判断是否为空表

int LinkListEmpty(LinkList linkList){if (linkList->next == NULL) {return 1;}return 0;
}

4.求表长

int linkListLength(LinkList list){LNode * head = list;//头结点int length = 0;while (head->next != NULL) {head = head->next;length++;}return length;
}

5.查找

        一个是根据下标查找，这种查找结构是唯一的。还有就是根据元素查找，这里返回的是第一个和要查找的元素相同的元素下标。

//
int getElement(LinkList linkList,int i,int * element){LNode *current = linkList->next; // 从头结点的下一个节点开始遍历int j = 1;while (current != NULL && j< i) {printf("第%d个元素的值为:%d \n",j, current->data);current = current->next;j++;}if (!current || j > i) {//第i个元素不存在return 0;}* element = current->data;return 1;
}

6.查询直接前驱节点

        遍历单链表，先查看节点是否存在，在查看前驱节点。

// 查找单链表中的元素的前驱节点
int getPriorElement(LinkList linkList,int element,int * previousElement){LNode * previous = linkList;      // 头结点LNode * current = linkList->next; // 头结点的下一个节点while (current != NULL &&current->data != element) {previous  = current;current = current-> next;}if (previous->next == NULL) {return 0;}else{* previousElement = previous->data;return 1;}
}

7.查询直接后继节点

        遍历单链表，先查看节点是否存在，在判断是否有后继节点。

// 查找单链表中的元素的后继节点
int getNextElement(LinkList linkList,int element,int * nextElement){LNode * current = linkList->next; // 头结点的下一个节点while (current != NULL &&current->data != element) {current = current-> next;}if (current->next == NULL) {return 0;}else{* nextElement = current->next->data;return 1;}
}

8. 插入

        申请一个新的节点，修改要插入的节点的位置的指针域。

// 向链表中插入一个新的节点（在链表头部插入）
void insertLinkList(LinkList L, int value) {LNode *newNode = (LNode *)malloc(sizeof(LNode));if (!newNode) {exit(1); // 分配内存失败则退出}newNode->data = value;newNode->next = L->next; // 新节点的next指向原头结点后面的节点L->next = newNode; // 头结点的next指向新节点
}

9.删除节点

        我们需要找到要删除的节点的前驱节点，然后修改前驱节点的指针域。

// 删除单链表
void deleteLinkList(LinkList linkList, int value) {LNode * current = linkList; // 头结点的下一个节点int j = 0;while (current != NULL && j < value -1) {//找到要删除节点的前驱节点current = current-> next;++j;}//生成一个新节点LNode *newNode = (LNode *)malloc(sizeof(LNode));if (newNode == NULL) {//内存分配失败return;}if (!(current->next)|| j > value-1) {return ;}newNode = current->next;//指向要删除的节点current->next = newNode->next;free(newNode);
}

10.遍历顺序表

        我们使用for循环遍历顺序表。

// 打印链表中的所有元素
void printLinkList(LinkList L) {LNode *current = L->next; // 从头结点的下一个节点开始遍历while (current != NULL) {printf("%d ", current->data);current = current->next;}printf("\n");
}

11.完整代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>// 定义链表节点的结构体
typedef struct LNode {int data;                // 数据域struct LNode *next;     // 指针域，指向下一个节点
} LNode, *LinkList;// 初始化链表，创建一个空链表
void inintLinkList(LinkList * linkList) {* linkList = (LinkList)malloc(sizeof(LNode));if (!*linkList) {exit(1); // 分配内存失败则退出}(*linkList)->next = NULL; // 初始化头结点的指针域为空
}
int LinkListEmpty(LinkList linkList){if (linkList->next == NULL) {return 1;}return 0;
}
int linkListLength(LinkList list){LNode * head = list;//头结点int length = 0;while (head->next != NULL) {head = head->next;length++;}return length;
}
// 查找单链表中的元素
int getElement(LinkList linkList,int i,int * element){LNode *current = linkList->next; // 从头结点的下一个节点开始遍历int j = 1;while (current != NULL && j< i) {printf("第%d个元素的值为:%d \n",j, current->data);current = current->next;j++;}if (!current || j > i) {//第i个元素不存在return 0;}* element = current->data;return 1;
}
// 查找单链表中的元素的前驱节点
int getPriorElement(LinkList linkList,int element,int * previousElement){LNode * previous = linkList;      // 头结点LNode * current = linkList->next; // 头结点的下一个节点while (current != NULL &&current->data != element) {previous  = current;current = current-> next;}if (previous->next == NULL) {return 0;}else{* previousElement = previous->data;return 1;}
}// 查找单链表中的元素的后继节点
int getNextElement(LinkList linkList,int element,int * nextElement){LNode * current = linkList->next; // 头结点的下一个节点while (current != NULL &&current->data != element) {current = current-> next;}if (current->next == NULL) {return 0;}else{* nextElement = current->next->data;return 1;}
}// 向链表中插入一个新的节点（在链表头部插入）
void insertLinkList(LinkList L, int value) {LNode *newNode = (LNode *)malloc(sizeof(LNode));if (!newNode) {exit(1); // 分配内存失败则退出}newNode->data = value;newNode->next = L->next; // 新节点的next指向原头结点后面的节点L->next = newNode; // 头结点的next指向新节点
}
// 删除单链表
void deleteLinkList(LinkList linkList, int value) {LNode * current = linkList; // 头结点的下一个节点int j = 0;while (current != NULL && j < value -1) {//找到要删除节点的前驱节点current = current-> next;++j;}//生成一个新节点LNode *newNode = (LNode *)malloc(sizeof(LNode));if (newNode == NULL) {//内存分配失败return;}if (!(current->next)|| j > value-1) {return ;}newNode = current->next;//指向要删除的节点current->next = newNode->next;free(newNode);
}// 打印链表中的所有元素
void printLinkList(LinkList L) {LNode *current = L->next; // 从头结点的下一个节点开始遍历while (current != NULL) {printf("%d ", current->data);current = current->next;}printf("\n");
}// 释放链表占用的内存
void FreeList(LinkList L) {LNode *current = L, *temp;while (current != NULL) {temp = current;current = current->next;free(temp);}
}void printDebugInformation(char * string){printf("\n********** %s **********\n",string);}
int main(int argc, const char *argv[]) {LinkList linkList;inintLinkList(&linkList); // 初始化链表//测试链表是否为空if (LinkListEmpty(linkList)) {printf("链表为空!\n");}else{printf("链表不为空!\n");}// 插入一些节点到链表中insertLinkList(linkList, 1);insertLinkList(linkList, 2);insertLinkList(linkList, 3);insertLinkList(linkList, 4);insertLinkList(linkList, 5);if (LinkListEmpty(linkList)) {printf("链表为空!\n");}else{printf("链表不为空!\n");int length = linkListLength(linkList);printf("链表长度:%d\n",length);}// 打印链表printLinkList(linkList);//测试查找方法int element;if (getElement(linkList, 1, &element)) {printf("链表第%d个元素为:%d\n",1,element);}else{printf("链表元素查找失败\n");}//测试前驱节点查找方法printDebugInformation("测试前驱节点");if (getPriorElement(linkList, 1, &element)) {//头结点printf("链表中1的前驱节点为:%d\n",element);}else{printf("没有前驱节点\n");}if (getPriorElement(linkList, 3, &element)) {//头结点printf("链表中3的前驱节点为:%d\n",element);}else{printf("没有前驱节点\n");}//测试后继节点printDebugInformation("测试后继节点");if (getNextElement(linkList, 5, &element)) {//头结点printf("链表中5的后继节点为:%d\n",element);}else{printf("5没有后继节点\n");}if (getNextElement(linkList, 4, &element)) {//头结点printf("链表中4的后继节点为:%d\n",element);}else{printf("4没有后继节点\n");}if (getNextElement(linkList, 3, &element)) {//头结点printf("链表中3的后继节点为:%d\n",element);}else{printf("没有后继节点\n");}if (getNextElement(linkList, 2, &element)) {//头结点printf("链表中2的前驱节点为:%d\n",element);}else{printf("2没有后继节点\n");}if (getNextElement(linkList, 1, &element)) {//头结点printf("链表中1的前驱节点为:%d\n",element);}else{printf("1没有后继节点\n");}printDebugInformation("测试删除节点");printf("删除之前的单链表:\n");printLinkList(linkList);deleteLinkList(linkList, 3);printf("删除之后的单链表:\n");printLinkList(linkList);//    // 释放链表内存FreeList(linkList);return 0;
}

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