线性表、顺序表与链表详解（C 语言实现）
学习目标
- 理解线性表的逻辑结构和物理实现方式。
- 掌握顺序表和链表的实现原理及核心操作。
- 能够通过代码实现顺序表和链表的基本功能。
- 分析顺序表与链表的性能差异及适用场景。
线性表概述
定义与特性
线性表是由 n 个具有相同特性的元素组成的有限序列，元素之间有明确的前后关系。每个元素有唯一的前驱和后继元素。
- 逻辑结构：元素在逻辑上依次排列。
- 物理结构：元素在内存中的存储方式，可以是连续的（顺序表）或不连续的（链表）。
基本特性：
- 顺序性：元素按顺序访问。
- 唯一性：除首尾外，每个元素都有唯一前驱和后继。
- 有限性：包含有限个元素集合。
常见实现方式
线性表主要有两种物理存储方式：顺序存储和链式存储。
顺序存储（顺序表）
使用一段连续的内存空间存储数据，通常使用数组实现。数据元素地址连续，可通过索引直接访问。
- 优点：随机访问效率高（O(1)），空间利用率高。
- 缺点：插入删除效率低（需移动元素，O(N)），固定容量可能浪费或不足。
链式存储（链表）
使用非连续的内存空间，每个元素包含数据域和指针域。
- 优点：插入删除效率高（O(1)），动态分配内存。
- 缺点：随机访问效率低（O(N)），存在指针开销。
顺序表详解
静态与动态顺序表
- 静态顺序表：使用固定大小数组，编译时确定大小，适合数据量已知且不变的场景。
- 动态顺序表：支持动态扩容，容量不足时自动分配更大内存并复制数据，适合数据量不确定的场景。
代码示例（动态顺序表）
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
typedef struct {
int* array;
int size;
int capacity;
} DynamicArray;
void init {
arr->capacity = ;
arr->size = ;
arr-> = (*)(arr->capacity * ());
}
{
arr-> = (*)(arr->, new_capacity * ());
arr->capacity = new_capacity;
}
{
(arr->size == arr->capacity) {
resize(arr, * arr->capacity);
}
arr->[arr->size] = value;
arr->size++;
}
{
( i = ; i < arr->size; i++) {
(, arr->[i]);
}
();
}
{
(arr->);
}
{
DynamicArray arr;
init(&arr);
append(&arr, );
append(&arr, );
append(&arr, );
append(&arr, );
print_array(&arr);
free_array(&arr);
;
}