数据结构:线性表顺序存储结构

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作者
猴君
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线性表顺序存储结构

顺序存储定义

我们可以将线性表看作一个火车车厢,每个车厢代表一个数据元素,所有车厢首尾相接,排列成一列。在线性表的顺序存储结构中,这些车厢在内存中是连续排列的,就像火车停在一个长长的站台上,每节车厢都有一个固定的位置。

在编程中,我们用数组来实现线性表的顺序存储。假设有一个线性表用来存储学生的考试成绩,这个线性表可以用如下的C语言结构体表示:

#define MAXSIZE 100 // 定义线性表的最大容量  typedef struct {     int data[MAXSIZE]; // 用于存储成绩的数组     int length; // 当前线性表的长度(存储的成绩数量) } SqList; 

顺序存储方式

顺序存储方式就像把书一本接一本地排在书架上,这些书之间没有空隙,按顺序排列,方便取用。在顺序存储中,每个数据元素(书)都占据一个固定的存储单元(书架位置),并且可以通过数组下标(书的位置)直接访问。例如,访问第3个成绩就像直接找到书架上的第3本书一样方便:

int thirdScore = sqList.data[2]; // 访问线性表中的第3个成绩 

这种存储方式有以下优点:

  1. 快速访问:可以通过下标直接访问任意位置的元素,时间复杂度为O(1)。
  2. 连续存储:所有元素存储在连续的内存区域中,有助于提高缓存命中率,访问速度快。

但是,这种方式也有缺点:

  1. 空间浪费:需要预先分配一块足够大的连续内存空间,即使存储的元素较少,也会浪费一些存储空间。
  2. 插入和删除效率低:在中间位置插入或删除元素时,需要移动大量数据,时间复杂度为O(n)。

数据长度与线性表长度的区别

为了更好地理解数据长度和线性表长度,我们继续以书架和书的类比进行解释:

  • 数据长度:就像书架上实际摆放的书的数量。例如,一个书架可以放100本书(最大容量),但当前只放了50本书,那么数据长度就是50。
  • 线性表长度:是书架的最大容量,即书架能容纳的最大书本数量。在我们的例子中,书架的容量是100。
SqList sqList; sqList.length = 50; // 当前线性表中有50个成绩(数据长度) 

数据长度是动态变化的,随时可能增加或减少,而线性表长度通常是固定的,一开始就确定了。例如:

#define MAXSIZE 100  typedef struct {     int data[MAXSIZE]; // 数组的最大容量为100     int length; // 当前存储的元素个数 } SqList; 

生动示例

假设我们有一个学生成绩管理系统,系统用一个线性表来存储学生的成绩。这个线性表的最大容量为100,可以容纳100个学生的成绩。

插入操作

某天有一名新生转学过来,我们需要在第5名学生之后插入他的成绩:

int newScore = 85; // 新学生的成绩 int position = 5; // 插入的位置  // 移动后续元素,给新成绩腾出位置 for (int i = sqList.length; i >= position; i--) {     sqList.data[i] = sqList.data[i-1]; }  // 插入新成绩 sqList.data[position - 1] = newScore; sqList.length++; 

这就像在书架上插入一本新书,需要将后面的书都向后移一格,给新书腾出位置。

删除操作

某天有一名学生毕业了,我们需要删除他的成绩:

int position = 3; // 删除的位置  // 移动后续元素,覆盖要删除的成绩 for (int i = position - 1; i < sqList.length - 1; i++) {     sqList.data[i] = sqList.data[i+1]; }  sqList.length--; 

这就像从书架上取走一本书,需要将后面的书都向前移一格,填补空缺。

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