DS004-C++模板类-顺序表-超级数组-占用连续空间-随机存取-动态扩展空间-尾部插入效率高

tech2024-01-19  77

一、适用顺序表的例子

例1:输入100个整数,按非降序排序并输出;

例2:输入100个字符,按非降序排序并输出;

例3:输入100个字符串,按非降序排序并输出;

例4:编写一个通信录程序,能够存储联系人的姓名、手机号、备注信息,要按照姓名的拼音非降序排序

例5:2020年全国参加高考人数1071万,河南就有115.8万人,占了全国考生的十分之一。共有132957人分数超过一本线,比例大约为11.48%。在对115.8万人的成绩统计一分一段表时,需要按照成绩排序

分析以上例子,排序后,各个数据元素就是一个前后关系或者说大小关系,

第一个元素没有前驱;除第一个元素外,其他每一个元素有且仅有一个直接前驱。

最后一个元素没有后继;除最后一个元素外,其他每一个元素有且仅有一个直接后继。

这些数据可以存储在顺序表中处理。

二、顺序表三要素

顺序表要占用内存中连续的空间,因此其三要素为:

1、连续空间的首地址elem;

2、连续空间的大小listsize;

3、已经存储的元素的个数length。

而且,一定要注意,length恰巧跟最后一个元素的下一个位置的下标相同,

因此常常用[0,length-1]表示表中元素的下标范围。

为了让顺序表具有泛化能力,即能处理多种数据类型,用模板类最好不过了。

template<typename T>class vec { T *elem;//连续空间的首地址 int listsize;//连续空间的大小 int length;//实际元素的个数 public: //下面放置成员函数,表示对顺序表的操作 }

让顺序表三要素作为模板类的成员变量,用成员函数作为顺序表的基本操作。

三、顺序表的基本操作

1、初始化操作

初始化就是对顺序表的三要素赋初值。

void init() {//对线性表三要素进行初始化 elem=new T[1];//初始时,占用一个空间,这个可以自己设置,一般是2的n次方 listsize=1; length=0; }

 2、构造函数

类通常会有构造函数,和类同名,在用类定义对象时,构造函数会自动执行,

因此,通常让构造函数调用初始化操作函数。

vec() {//构造函数 init(); }

3、在顺序表尾部插入数据x

 在插入数据之前,要判断顺序表空间是否已满,如果已满,需要向操作系统申请更大的空间

顺序表的动态扩展空间就体现在这个地方

当然这个动态调整是由代码控制的

如果空间未满,那么length位置就是插入位置

void push_back(T x) {//在顺序表尾部插入数据 if(length==listsize) {//空间不足 enlarge(); } elem[length]=x; length++; }

4、动态扩展空间

 原理:

(1)、新申请一块更大的空间newbase;

(2)、把老空间elem中数据拷贝到newbase空间

(3)、释放到elem空间

(4)、让elem指向新空间

(5)、更改listsize为新的大小

int enlarge() {//当L的空间不足时,本函数功能:将L的空间翻倍 //如果成功返回1,失败返回0 T *newbase=new T[listsize*2];//开辟新空间 if(0==newbase) return 0; for(int i=0;i<length;i++)//把老空间已有数据拷贝到新空间 newbase[i]=elem[i]; delete []elem;//释放掉老空间,还给操作系统 elem=newbase;//elem指向新空间首地址 listsize=listsize*2;//空间大小翻倍 return 1; }

5、在下标为i的位置插入数据

(1)i的范围必须是[0,length],其他值不合法;

(2)插入数据前判断空间是否已满

(3)[i,length-1]数据后移一位

(4)把数据插入到i下标处,表长增一

int insert(int i,T x) {//在顺序表的第i个位置插入元素x //如果成功,返回1,否则返回0 if(i<0||i>length) return 0; if(length==listsize) {//如果空间已满,申请更大空间 int flag=enlarge(); if(flag==0)return 0; } int j; for(j=length-1;j>=i;j--)//第i到length-1个数据后移一位 elem[j+1]=elem[j]; elem[i]=x;//插入数据 length++;//表长增一 return 1; }

6、删除下标i处的数据

(1)i的范围必须是[0,length-1],其他不合法;

(2)[i+1,length-1]数据逐个前移一位

(3)表长减一

int erase(int i) {//删除下标为 i 的数据 if(i<0 || i>=length)//如果删除位置不合法 return -1; else { for(int j=i+1;j<=length-1;j++) elem[j-1]=elem[j];//元素前移 一位 length--; return 1; } }

四、用模板类表示的顺序表的完整代码(可运行)

 

#include<iostream> using namespace std; //模板类,T是泛化类型 template<typename T>class vec { T *elem;//连续空间的首地址 int listsize;//连续空间的大小 int length;//实际元素的个数 public: vec() {//构造函数 init(); } void init() {//对线性表三要素进行初始化 elem=new T[1];//初始时,占用一个空间,这个可以自己设置,一般是2的n次方 listsize=1; length=0; } int enlarge() {//当L的空间不足时,本函数功能:将L的空间翻倍 //如果成功返回1,失败返回0 T *newbase=new T[listsize*2];//开辟新空间 if(0==newbase) return 0; for(int i=0;i<length;i++)//把老空间已有数据拷贝到新空间 newbase[i]=elem[i]; delete []elem;//释放掉老空间,还给操作系统 elem=newbase;//elem指向新空间首地址 listsize=listsize*2;//空间大小翻倍 return 1; } void push_back(T x) {//在顺序表尾部插入数据 if(length==listsize) {//空间不足 enlarge(); } elem[length]=x; length++; } int insert(int i,T x) {//在顺序表的第i个位置插入元素x //如果成功,返回1,否则返回0 if(i<0||i>length) return 0; if(length==listsize) {//如果空间已满,申请更大空间 int flag=enlarge(); if(flag==0)return 0; } int j; for(j=length-1;j>=i;j--)//第i到length-1个数据后移一位 elem[j+1]=elem[j]; elem[i]=x;//插入数据 length++;//表长增一 return 1; } int erase(int i) {//删除下标为 i 的数据 if(i<0 || i>=length)//如果删除位置不合法 return -1; else { for(int j=i+1;j<=length-1;j++) elem[j-1]=elem[j];//元素前移 一位 length--; return 1; } } int find(T e) {//在顺序表中查找元素e是否存在, //如果存在返回对应的下标 //否则返回-1 for(int i=0;i<=length-1;i++) { if(elem[i]==e) return i; } return -1; } void print() { int i; for(i=0;i<length;i++) { cout<<elem[i]<<" "; } cout<<"\n"; } ~vec() { delete []elem; } }; int main() { vec<int> v; //v.init(); v.push_back(1);v.push_back(2); v.push_back(4);v.push_back(5); v.print(); v.insert(2,3); v.print(); v.erase(4); v.print(); cout<<v.find(3)<<endl; //同理可以改变顺序表存储数据的类型,进行测试 vec<char> v2; v2.push_back('a');v2.push_back('c'); v2.push_back('e');v2.push_back('g'); v2.print(); v2.insert(2,'d'); v2.print(); v2.erase(4); v2.print(); return 0; }

运行结果:

五、分析

顺序表的优缺点:

1、按照下标随机存取数据,方便,效率高;

2、能够动态扩展空间,空间效率高;

3、在顺序表尾部插入数据,不需要移动其他元素,效率高;

4、在顺序表头部及其他位置插入数据,需要移动数据,效率最低

因此,看待一个事物,要采用二分法或者说矛盾分析法,不能只看到好处,还要看到坏处,做好最坏打算。

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