【演算法】C語言實現陣列的動態分配
阿新 • • 發佈：2018-12-31
作者：白寧超
2016年10月27日20:13:13
摘要：資料結構和演算法對於程式設計的意義不言而喻，具有指導意義的。無論從事演算法優化方向研究，還是大資料處理，亦或者網站開發APP開發云云。在求職過程中資料結構必然也是筆試的重點，面試的常客。基於此，系統梳理複習下資料結構和演算法相關知識，其實核心為連結串列操作，串的匹配，樹的先序、中序、後序。排序的相關操作，查詢相關操作，深度優先遍歷、廣度優先遍歷、哈弗曼樹、動態規劃等。本節為開胃菜，陣列的相關操作
1 陣列動態分配思想
陣列是最常用的資料結構，在記憶體中連續儲存，可以靜態初始化（int a[2]={1,2}），可以動態初始化 malloc（）。難點就是陣列在刪除或者插入元素的時候，要移動元素的座標不好確定。規律：
1.如果要在陣列中第pos個位置插入一個元素（應該從後面開始移動）
for( i=cnu;i>=pos;i--) pBase[i]=pBase[i-1];
2.刪除陣列第pos位置的元素
for(i=pos+1;i<=cnu;i--) pBase[i-2]=pBase[i-1];
使用malloc動態分配記憶體並將返回值賦給整形指標
int pBase=(int *)malloc(sizeof(int)len);//分配4*len位元組長度的記憶體
這是pBase可以指向陣列中的第一個元素，可以作為陣列變數名稱使用。
2 陣列的優缺點
優點：
存取速度快 o(1) 可以直接根據下標找到記憶體位置
缺點：
- 事先必須知道陣列的長度
- 插入刪除元素很慢
- 空間通常是有限制的
- 需要大塊連續的記憶體塊
- 插入刪除元素的效率很低
3 完整案例
#include<stdio.h>
#include<malloc.h>
#include<stdbool.h>
/* 定義結構體 */
struct Arr{
int len;//陣列能存取的最大元素個數
int cnu;//陣列中當前元素個數
int *pBase;//儲存指向陣列的指標
};
/*初始化陣列*/
void init_Arr(struct Arr *pArray,int len){
pArray->pBase=(int*)malloc(sizeof(int)*len);//分配4*len位元組長度的記憶體
if(NULL== pArray->pBase){
printf("動態分配記憶體失敗\n");
}else{
pArray->len=len;
pArray->cnu=0;
printf("動態分配記憶體成功 %d \n",pArray->len);
}
}
/*判斷陣列是否為空，傳地址省記憶體4位元組，傳結構體變數需要進行拷貝，12位元組*/
bool isempty(struct Arr *pArray){
if(0==pArray->cnu) return true;
else return false;
}
/*判斷陣列是否滿了*/
bool isfull(struct Arr *pArray){
if(pArray->len==pArray->cnu) return true;
else return false;
}
/*顯示陣列內容*/
void show_Arr(struct Arr *pArray){
if(isempty(pArray)) printf("陣列為空！\n");
else{
for(int i=0; i<pArray->cnu;i++){
printf("%d \t\t %d \t\t %d \n",pArray->pBase[i],pArray->cnu,pArray->len);
}
printf("------------------------------------\n");
}
}
/*向陣列追加元素*/
bool append(struct Arr *pArray,int val){
if(isfull(pArray)){
printf("陣列已經滿了！\n");
return false;
}else{
pArray->pBase[pArray->cnu]=val;
pArray->cnu++;
}
}
/*向陣列中插入元素,pos為陣列中第幾個位置，pos=3就是向a[2]插入元素*/
bool insert(struct Arr *pArray,int pos,int val){
if(pos<1||pos>pArray->len+1){
printf("插入的位置輸入的不合法\n");
return false;
}
if(isfull(pArray)){
printf("陣列已經滿了,插入失敗！\n");
return false;
}
else{
//printf("陣列 %d \n",pArray->cnu);
for(int i=pArray->cnu;i>=pos;i--){//迴圈將pos位置開始的陣列後移
pArray->pBase[i]=pArray->pBase[i-1];
}
pArray->pBase[pos-1]=val;
pArray->cnu++;
pArray->len++;
return true;
}
}
/*刪除陣列中的第pos個元素，同時返回刪除的元素的值*/
bool delete(struct Arr *pArray,int pos,int *val){
if(pos<1||pos>pArray->cnu){
printf("刪除失敗，位置不合法\n");
return false;
}
if(isempty(pArray)){
printf("陣列已經空，刪除失敗！\n");
return false;
}
else{
*val=pArray->pBase[pos-1];
for(int i=pos+1;i<=pArray->cnu;i++){
pArray->pBase[i-2]=pArray->pBase[i-1];
}
pArray->cnu--;
return true;
}
}
/*陣列倒置*/
bool inverse(struct Arr *pArray){
if(isempty(pArray)){
printf("倒置失敗，因陣列為空");
return false;
}
else{
int i=0,j=pArray->cnu-1,temp;
while(i<j){
temp=pArray->pBase[i];
pArray->pBase[i]=pArray->pBase[j];
pArray->pBase[j]=temp;
i++;
j--;
}
}
return true;
}
int main(){
struct Arr arr;
init_Arr(&arr,20);
append(&arr,1);
append(&arr,2);
append(&arr,3);
append(&arr,4);
append(&arr,5);
show_Arr(&arr);
insert(&arr,2,88);
show_Arr(&arr);
int val;
delete(&arr,1,&val);
show_Arr(&arr);
printf("刪除了 %d\n",val);
inverse(&arr);
show_Arr(&arr);
return 0;
}
4 執行結果
Success time: 0 memory: 2300 signal:0
動態分配記憶體成功 20 1 5 20 2 5 20 3 5 20 4 5 20 5 5 20 ------------------------------------ 1 6 21 88 6 21 2 6 21 3 6 21 4 6 21 5 6 21 ------------------------------------ 88 5 21 2 5 21 3 5 21 4 5 21 5 5 21 ------------------------------------ 刪除了 1 5 5 21 4 5 21 3 5 21 2 5 21 88 5 21 ------------------------------------
5 例項解析
結構體：結構體(struct)指的是一種資料結構，是C語言中聚合資料型別的一類。 結構體可以被宣告為變數、指標或陣列等，用以實現較複雜的資料結構。結構體的定義如下所示，
struct tag { member-list } variable-list ;
struct為結構體關鍵字，tag為結構體的標誌，member-list為結構體成員列表，其必須列出其所有成員；variable-list為此結構體宣告的變數。
思路：
- 建立結構體記得關鍵字struct
- 花括號內建立結構體屬性
例如：
/* 定義結構體 */
struct Arr{
int len;//陣列能存取的最大元素個數
int cnu;//陣列中當前元素個數
int *pBase;//儲存指向陣列的指標
};
初始化陣列：
思路：
- 建立初始化函式，給陣列分配長度malloc(sizeof(int)*len
- 指標地址為空，分配記憶體失敗
- 反之，陣列長度為當前記憶體長度，陣列當前位置為0
例如：
/*初始化陣列*/
void init_Arr(struct Arr *pArray,int len){
pArray->pBase=(int*)malloc(sizeof(int)*len);//分配4*len位元組長度的記憶體
if(NULL== pArray->pBase){
printf("動態分配記憶體失敗\n");
}else{
pArray->len=len;
pArray->cnu=0;
printf("動態分配記憶體成功 %d \n",pArray->len);
}
}
判斷陣列是否為空：
- 建立判空函式，結構體引數陣列
- 判斷當前元素個數是否為空
/*判斷陣列是否為空，傳地址省記憶體4位元組，傳結構體變數需要進行拷貝，12位元組*/
bool isempty(struct Arr *pArray){
if(0==pArray->cnu) return true;
else return false;
}
判斷陣列是否為滿：
- 建立判滿函式，結構體引數陣列
- 判斷陣列長度是否為當前元素長度
例如：
/*判斷陣列是否滿了*/
bool isfull(struct Arr *pArray){
if(pArray->len==pArray->cnu) return true;
else return false;
}
向陣列追加元素：
- 建立追加函式，結構體陣列引數，元素值
- 注意判滿情況，反之迴圈輸入
- 陣列當前指標地址賦值
- 陣列指向下一個位置，自加
例如：
/*向陣列追加元素*/
bool append(struct Arr *pArray,int val){
if(isfull(pArray)){
printf("陣列已經滿了！\n");
return false;
}else{
pArray->pBase[pArray->cnu]=val;
pArray->cnu++;
}
}
顯示陣列內容
- 建立顯示函式，結構體陣列引數
- 注意判空情況，反之迴圈輸入
- 遍歷陣列輸出
例如：
/*顯示陣列內容*/
void show_Arr(struct Arr *pArray){
if(isempty(pArray)) printf("陣列為空！\n");
else{
for(int i=0; i<pArray->cnu;i++){
printf("%d \t\t %d \t\t %d \n",pArray->pBase[i],pArray->cnu,pArray->len);
}
printf("------------------------------------\n");
}
}
向陣列中插入元素：pos為陣列中第幾個位置，pos=3就是向a[2]插入元素
- 建立插入函式，結構體陣列引數，位置引數，插入值引數
- 判斷插入位置是否越界，判斷陣列是否滿
- 迴圈將pos位置開始的陣列後移，移動範圍是從第pos個到第cnu個
- 迴圈將pos位置開始的陣列後移，將值插入pos處
- 指向下一位且長度加1
例如：
/*向陣列中插入元素,pos為陣列中第幾個位置，pos=3就是向a[2]插入元素*/
bool insert(struct Arr *pArray,int pos,int val){
if(pos<1||pos>pArray->len+1){
printf("插入的位置輸入的不合法\n");
return false;
}
if(isfull(pArray)){
printf("陣列已經滿了,插入失敗！\n");
return false;
}
else{
//printf("陣列 %d \n",pArray->cnu);
for(int i=pArray->cnu;i>=pos;i--){//迴圈將pos位置開始的陣列後移
pArray->pBase[i]=pArray->pBase[i-1];
}
pArray->pBase[pos-1]=val;
pArray->cnu++;
pArray->len++;
return true;
}
}
刪除陣列中的第pos個元素：同時返回刪除的元素的值
- 建立插入函式，結構體陣列引數，位置引數，插入值引數
- 判斷插入位置是否越界合法
- 獲取刪除的元素值
- 移動單位是從第pos+1個到cnu
- 指標向前指向，自減
例如：
/*刪除陣列中的第pos個元素，同時返回刪除的元素的值*/
bool delete(struct Arr *pArray,int pos,int *val){
if(pos<1||pos>pArray->cnu){
printf("刪除失敗，位置不合法\n");
return false;
}
if(isempty(pArray)){
printf("陣列已經空，刪除失敗！\n");
return false;
}
else{
*val=pArray->pBase[pos-1];
for(int i=pos+1;i<=pArray->cnu;i++){
pArray->pBase[i-2]=pArray->pBase[i-1];
}
pArray->cnu--;
return true;
}
}
陣列倒置
- 建立倒置函式，判斷陣列是否為空
- 三個變數進行交換，其中temp中間變數，ij分別指向陣列首尾索引
- 迴圈陣列，使前後索引交換位置
- 每一遍迴圈，ij索引分別前進一步，直到跳出迴圈，程式結束
例如：
/*陣列倒置*/
bool inverse(struct Arr *pArray){
if(isempty(pArray)){
printf("倒置失敗，因陣列為空");
return false;
}
else{
int i=0,j=pArray->cnu-1,temp;
while(i<j){
temp=pArray->pBase[i];
pArray->pBase[i]=pArray->pBase[j];
pArray->pBase[j]=temp;
i++;
j--;
}
}
return true;
}