什么是線性表？
所謂線性，即一條線，這條線可以是直線，也可以是曲線。
所謂表，肯定都不陌生，生活中有各種各樣的表或者表格。我們在表格中填寫各種各樣的信息，通過表格，能夠很好地對信息進(jìn)行分類儲(chǔ)存和分析。
表的特點(diǎn)有：
- 表由若干單元格組成
- 單元格之間有順序
- 除特殊位置的單元格（首起和結(jié)尾）有一個(gè)“鄰居”外，其他單元格都有兩個(gè)“鄰居”。
那么什么是線性表呢？簡單來說，就是使用“直線”或“曲線”連接起來的表。
明確幾個(gè)名詞：
- 我們在表中稱呼的“單元格”，在線性表中可以稱之為元素。
- 對于某個(gè)元素，在其前鄰的元素稱之為直接前驅(qū)元素，在其后鄰的元素稱之為直接后繼元素。
- 線性表中元素的個(gè)數(shù)稱之為線性表的長度。
- 第一個(gè)元素稱之為首元素，最后一個(gè)元素稱之為尾元素。
由上圖可以總結(jié)出線性表的特點(diǎn)：
- 線性表由若干元素組成，用來存儲(chǔ)信息。
- 元素之間有順序。
- 除了首元素（只有一個(gè)直接后繼元素）和尾元素（只有一個(gè)直接前驅(qū)元素）外，其它元素都有且僅有一個(gè)直接前驅(qū)元素和一個(gè)直接后繼元素。
線性表的順序存儲(chǔ)方式
不管數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式再怎么變，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的最根本的目的始終不會(huì)變，那就是為了更高效地對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、修改、刪除和訪問，這種高效通常體現(xiàn)在時(shí)間上和空間上，也即程序運(yùn)算速度快慢和所用存儲(chǔ)空間的少多。
那么線性表這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是如何進(jìn)行存儲(chǔ)的呢？前面介紹了一種“用直線連接”的線性表，“直線”只是形象化的語言，實(shí)際上的存儲(chǔ)中是不會(huì)有所謂“直線”這種東西的。
所謂“直線連接”即順序存儲(chǔ)，那么什么是順序存儲(chǔ)呢？
首先得先解釋一下什么是內(nèi)存。內(nèi)存是計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器的一種，它扮演著非常重要的角色。世上的一切東西，即使是虛擬的，也需要有物理的實(shí)體作為載體。
舉個(gè)例子，孩子們的玩耍需要有土地來承載，公園、游樂園等都是這種載體。沒有土地作為載體，再活潑的孩子也沒法活潑起來。對于代碼來說，內(nèi)存就是玩耍時(shí)需要的那塊土地。
總之，內(nèi)存就是代碼運(yùn)行時(shí)各種信息數(shù)據(jù)的載體空間。有了內(nèi)存，我們才能施展拳腳。
既然涉及到空間，那該空間的東西肯定會(huì)以某種形式排列起來。通常來說，無外乎“整齊劃一”和“雜亂無章”兩種形式。
比如，一群孩子肩并肩地站成一排，占據(jù)一定的連續(xù)土地。
反映在內(nèi)存中，就是數(shù)據(jù)緊密相接，占據(jù)一定的連續(xù)內(nèi)存。
這種“占據(jù)連續(xù)的內(nèi)存空間”即為順序存儲(chǔ)方式。
可以把內(nèi)存比作一幢大樓，樓中有許多房間，每個(gè)房間都有房間號，一個(gè)房間剛好住一個(gè)人。當(dāng) A、B、C、D 四位小朋友來到大樓里，選了連續(xù)的 4 個(gè)房間分別入住，那么我們就可以認(rèn)為，這四位小朋友是“順序入住”的。
內(nèi)存 = 大樓，房間 = 內(nèi)存單元，房間號 = 內(nèi)存地址，入住的人 = 要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。
反映在內(nèi)存中，所謂順序存儲(chǔ)，即用一段連續(xù)的內(nèi)存單元分別存儲(chǔ)線性表中的數(shù)據(jù)。
如上圖所示，線性表的順序存儲(chǔ)是在內(nèi)存空間中開辟一塊連續(xù)的空間，開辟好之后，這塊空間就被這個(gè)線性表“占用”了。
實(shí)現(xiàn)思路
線性表的每個(gè)數(shù)據(jù)元素的類型都相同、數(shù)據(jù)元素個(gè)數(shù)有限。根據(jù)這個(gè)特性我們很容易想出可以用一維數(shù)組來實(shí)現(xiàn)順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。
注意：是先占用再使用，也即線性表的長度不能超過最大存儲(chǔ)容量（數(shù)組的長度）。
如何用代碼表示一個(gè)用數(shù)組實(shí)現(xiàn)的線性表？首先搞清楚一個(gè)這樣的線性表有哪些必要的東西。
- 線性表需要一個(gè)數(shù)組用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)元素；
- 線性表需要一個(gè)最大存儲(chǔ)容量（數(shù)組長度），即你想要“占”多少個(gè)位子，是要事先聲明的，不再輕易改變；
- 線性表需要一個(gè)長度用來表示存了多少數(shù)據(jù)元素，線性表的長度隨著數(shù)據(jù)的增刪而變化，沒有這個(gè)就可能導(dǎo)致你“塞”的數(shù)據(jù)比“占”的位子多，而“溢”出來。
總結(jié)一下，一個(gè)順序存儲(chǔ)方式的線性表 (ArrayList) 由以下三部分組成：
- 用來實(shí)際存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)組——
data[]；
- 用來表示線性表的最大存儲(chǔ)容量的值——
MAXSIZE；
- 用來表示線性表的長度的值——
length。
具體實(shí)現(xiàn)
那么下面就可以使用 C 語言的結(jié)構(gòu)體來實(shí)現(xiàn)這種線性表了。
為了說明問題簡單，我們這里的線性表只存儲(chǔ)整數(shù)。
#define MAXSIZE 10 //線性表的最大存儲(chǔ)容量
typedef struct {
int data[MAXSIZE]; //存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)組
int length; //線性表的長度
} ArrayList;
這樣的一個(gè)結(jié)構(gòu)體就能完美地表示一個(gè)順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的線性表了。
初始化
孩子們已經(jīng)知道公園了在哪了，但還未踏上去。
到此為止，我們已經(jīng)知道了什么是順序存儲(chǔ)，也知道了如何用代碼表示線性表，但僅停留在“知道”這一步，我們還未將其實(shí)際地“創(chuàng)造”出來放到內(nèi)存中。
要想使用一個(gè)線性表，那么我們得先聲明一個(gè)線性表，然后將其初始化為空線性表，也即 length = 0：
/**
* 初始化線性表，將線性表的長度置為0
* list : 要操作的線性表的地址
*/
void init(ArrayList *list)
{
list->length = 0;
}
注意：我們要改變線性表的長度 length，所以要傳給 init 函數(shù)的參數(shù)是一個(gè) ArrayList 類型的指針。
ArrayList list; //聲明線性表list
init(&list); //初始化list
插入和刪除操作
現(xiàn)在孩子們已經(jīng)來到公園了，并且已經(jīng)肩并肩地排好隊(duì)開始玩游戲了，現(xiàn)在有一名小伙伴想要加入到隊(duì)伍中和他們一塊玩。所以有一部分孩子為他“騰”出了位置，讓他“插隊(duì)”。
由于 甲 要站在 B 的后面，所以 C、D、E 都要后退一個(gè)位置給 甲“騰空位”，然后 甲 才能“插隊(duì)”到 B 后面。
可以把孩子們站成的隊(duì)伍看成線性表，把孩子看成元素，下圖所示過程就是線性表的插入元素的操作過程。
孩子們從最后一個(gè)人開始逐個(gè)后退，后退到需要的空位為止，線性表的元素也是如此，不過線性表是使用“向后賦值”來實(shí)現(xiàn)“后退”的效果的。
分析到此，代碼就可以寫出來了。
/**
* 向線性表的指定位置插入指定值
* list : 線性表的地址
* position : 要插入的位置 (1 <= position <= list->length + 1)
* elem : 要插入的值
* return 0 : 插入失?。籸eturn 1 : 插入成功
*/
int insert(ArrayList *list, int position, int elem)
{
if (list->length == MAXSIZE) {
printf("線性表已滿\n");
return 0;
}
if (position < 1 || position > list->length + 1) {
printf("插入位置不合法\n");
return 0;
}
for (int i = list->length - 1; i >= position - 1; i--) {
list->data[i + 1] = list->data[i]; //向后賦值
}
list->data[position - 1] = elem;
list->length++;
return 1;
}
注意：
- 需檢查線性表是否已滿（
length 是否等于 MAXSIZE）
- 需檢查插入位置是否合法（不能插入到表外）
- 插入成功后，線性表的長度要加一
現(xiàn)在，剛剛插隊(duì)的小孩被媽媽喊回家吃飯了，所以他需要離開隊(duì)伍，這時(shí)隊(duì)伍中“空出”了一個(gè)位置，所以他后面的小孩都自覺的向前一步走，使隊(duì)伍更緊湊。
孩子離隊(duì)后，“空位”之后的每個(gè)孩子都逐個(gè)“向前一步走”。線性表刪除元素時(shí)，使用“向前賦值”來實(shí)現(xiàn)孩子“向前一步走”的效果。刪除操作和插入操作剛好相反，下圖是其過程：
下面是代碼實(shí)現(xiàn)：
/**
* 刪除指定位置的元素，并保存其值
* list : 線性表的地址
* position : 要?jiǎng)h除的元素位置
* elem : 保存變量的地址
* return 0 : 刪除失敗；return 1 : 刪除成功
*/
int delete(ArrayList *list, int position, int *elem)
{
if (list->length == 0) {
printf("線性表為空\n");
return 0;
}
if (position < 1 || position > list->length) {
printf("刪除位置不合法\n");
return 0;
}
*elem = list->data[position - 1];
for (int i = position - 1; i < list->length - 1; i++) {
list->data[i] = list->data[i + 1];
}
list->length--;
return 1;
}
同樣注意：
- 需檢查線性表是否為空
- 需檢查刪除位置是否合法
- 刪除成功后，線性表長度要減一
其他操作
至此，已經(jīng)介紹了基本的“增、刪、改、查”的“增和刪”。
至于“改和查”，由于順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的線性表是用數(shù)組來實(shí)現(xiàn)的，而數(shù)組的查詢和修改是及其方便的，如：
int a = array[1]; //查詢
array[2] = 5; //修改
所以，順序存儲(chǔ)的線性表的查詢和修改也極為方便。
下面是查詢的代碼：
/**
* 查詢指定位置的元素
* list : 要操作的線性表
* position : 要查詢的元素位置
* elem : 保存變量的地址
* return 0 : 查詢失??；return 1 : 查詢成功
*/
int get(ArrayList list, int position, int *elem)
{
if (list.length == 0) {
printf("線性表為空\n");
return 0;
}
if (position < 1 || position > list.length) {
printf("位置不合法\n");
return 0;
}
*elem = list.data[position - 1];
return 1;
}
下面是更新的代碼：
/**
* 更新指定位置的元素
* list : 要操作的線性表的地址
* position : 要更新的元素位置
* elem : 要更新的值
* return 0 : 更新失??；return 1 : 更新成功
*/
int update(ArrayList *list, int position, int elem)
{
if (list->length == 0) {
printf("線性表為空\n");
return 0;
}
if (position < 1 || position > list->length) {
printf("位置不合法\n");
return 0;
}
list->data[position - 1] = elem;
return 1;
}
以上即為針對順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的最基礎(chǔ)的增刪改查操作，會(huì)了這四種，其他的操作也基本上可以觸類旁通了。
順序存儲(chǔ)線性表的優(yōu)缺點(diǎn)
上面的那個(gè)小孩加入隊(duì)伍的時(shí)候，為了給他騰位置，很多人都而向后退一步。但是才玩了一會(huì)，他就被叫回去吃飯了，之前向后退步的人又不得不再向前走一步。因?yàn)橐粋€(gè)人，而導(dǎo)致很多人不得不為之變動(dòng)，小孩們很不樂意。
寫過上面四個(gè)函數(shù)，我們也會(huì)有小孩們的體會(huì)。
增加和刪除一個(gè)元素太麻煩了，當(dāng)元素很少還不明顯，但當(dāng)有成百上千個(gè)元素時(shí)，就需要移動(dòng)大量的元素了，很麻煩，我們很不樂意。
查詢和修改一個(gè)元素卻很簡單，這是數(shù)組的功勞。
另外，線性表的容量是固定的，大多數(shù)情況下，我們并不會(huì)提前知道線性表的容量，所以容量的分配是一個(gè)很大的問題，少了不夠用，多了太浪費(fèi)。像極了在快速長身體的青春期時(shí)買衣服的你。
總結(jié)一下：
優(yōu)點(diǎn)：
缺點(diǎn)：
- 增加和刪除某個(gè)元素需要移動(dòng)大量的其他元素
- 難以確定容量大?。ㄋ酝ǔ?huì)盡可能分多一點(diǎn)來“兜底”，但這極易造成浪費(fèi)從而影響性能）
如有錯(cuò)誤，還請指正。
如果覺得不錯(cuò)，可以關(guān)注一下我。
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