[数据结构与算法][数据结构与算法] 线性表之数组基本操作代码实现详解

活动地址：CSDN21天学习挑战赛

一、创建数组（为数组分配内存）

1.1 c语言

静态分配内存

内存分配在栈上，离开栈内存自动销毁。

可以直接创建数组并指定大小。

C99之前创建数组必须传入固定大小，如下：

int num[10];

C99开始支持传入变量的变长数组

int size = 10;
int num[size];

动态分配内存

内存分配在堆上，需要使用free手动释放，否则直到程序结束才释放。

使用malloc函数分配内存，如：

// 为数组分配一个可以存储10个int数据的内存空间
int* p_int = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);

malloc分配的内存，在使用结束时要调用free函数手动释放：

free(p_int);

二、初始化数组

2.1 c语言

可以在创建时初始化，也可以创建后再初始化。

1. 创建时初始化可以不写大小，申请空间时通过数据元素个数计算大小。

int num[] = {1, 2, 3};

2. 在自定义函数中，如果数组创建后没有初始化，数组会被随机值填充。
3. 在全局域或main函数中，如果数组创建后没有初始化，数组会被0填充。
4. 当创建时初始化，初始化的元素个数比数组申请的大小少，即没有将数组所有元素初始化，未初始化的数组元素将被0填充。

代码验证如下：

#include <stdio.h>

// 全局域创建数组
int num1[3];
int num5[3] = {1};

void init_array()
{
    // 自定义函数局部域
    int num3[3];
    int num4[3] = {1};
    printf("自定义函数num3[1]: %d\n", num3[1]);
    printf("\n打印数组创建时初始化，未被初始化的元素\n");
    printf("自定义函数num4[1]: %d\n", num4[1]);
}

int main()
{
    printf("打印数组创建时未初始化，数组的元素\n");
    printf("全局域num1[1]: %d\n", num1[1]);
    int num2[3];
    printf("main函数num2[1]: %d\n", num2[1]);

    init_array();
    
    printf("全局域num5[1]: %d\n", num5[1]);
    int num6[3] = {1};
    printf("main函数num6[1]: %d\n", num6[1]);
    
    return 0;
}

打印结果如下：

打印数组创建时未初始化，数组的元素
全局域num1[1]: 0
main函数num2[1]: 0
自定义函数num3[1]: 21899

打印数组创建时初始化，未被初始化的元素
自定义函数num4[1]: 0
全局域num5[1]: 0
main函数num6[1]: 0

三、获取数组大小

3.1 c语言

数组容量大小（最多能存储的数据个数）

想要获取数组的内存大小，可以使用sizeof函数

int arr[10];
int max_size = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);

数组当前存储数据的个数（面向对象思想）

实际上我们需要的，常常是数组存储数据的个数，而不是数组最多能存储多少和数据，如果数组一开始分配内存比实际存储的数据所占内存大（实际上常常就是这样），就需要使用另一种方法了。

常用的是面向对象的思想，不要以为c语言是面向过程的语言，其实它早已偷偷加入了面向对象的东西，而且面向对象的思想，是思想，可以用任何语言实现。

利用c语言的结构体，创建一个数组结构体类型，每次操作数据记录当前长度。

// 以动态分配内存为例
typedef struct{
	int* data;		// 数组的首地址
	int  length;    // 数组的当前长度  
    int  maxSize;   // 数组最大容量大小
} Array;

四、插入元素

4.1 不需保证数组元素原有排序

当不需要保证数组元素原有排序时，不用指定插入位置，直接使用尾插法，不用移动元素，时间复杂度为O(1)

bool insertBack(Array* array, int num)
{
    if (array->length >= array->maxSize)
    {
        return false;
    }
    array->pData[array->length] = num;
    array->length++;

    return true;
}

4.2 需保证数组元素原有排序

当需要保证数组元素原有排序时，要指定插入位置，并且插入位置以后元素都要后移，为新元素腾出位置。

bool insert(Array* array, int index, int num)
{
    if (array == NULL || array->pData == NULL || array->length > array->maxSize)
    {
        return false;
    }

    for (int i = array->length; i > index; i--)
    {
        array->pData[i] = array->pData[i-1];
    }
    array->length++;
    array->pData[index] = num;

    return true;
}

当原数组无数值顺序，需要人为指定插入位置。

当原数组有数值顺序，要先将新元素的数值与原数组元素比较大小，找到对应位置，再调用上面函数。

五、删除元素

和插入元素一样，如果不需保证原有数组的顺序，需把最后一个元素覆盖要删除的元素即可，时间复杂度O(1)。

如果需保证原有数组的顺序，删除位置以后的元素要往前移动，以保证数组内存的连续性，时间复杂度O(n)。

以上复杂度只是删除操作的复杂度，如果需要查找定位，就另说了。这里仅说明需保证原有数组顺序的情况。

根据提供的数据不同，可分为以下两种方法：

5.1 指定索引删除

找到给定位置，将此位置后面的元素前移，把该位置的元素覆盖即可。

bool removeWithIndex(Array* array, int index)
{
    if (array == NULL || array->pData == NULL || array->length > array->maxSize)
    {
        return false;
    }

    for (int i = index+1; i < array->length; i++)
    {
        array->pData[i-1] = array->pData[i];
    }
    array->length--;

    return true;
}

5.2 指定数值删除

这里涉及了查找操作，需要先根据数值查找定位元素，再执行删除操作。

这里以穷举遍历查找为例，仅说明一下删除操作：

bool removeWithValue(Array* array, int value)
{
    if (array == NULL || array->pData == NULL || array->length > array->maxSize)
    {
        return false;
    }

    int tmpArray[array->length];
    int j = 0;
    for (int i = 0; i < array->length; i++)
    {
        if (array->pData[i] == value)
        {
            continue;
        }
        tmpArray[j++] = array->pData[i];
    }
    array->pData = tmpArray;
    array->length = j;

    return true;
}

六、访问元素

访问元素可以通过下标访问，也可以通过指针访问。

// 下标
int arr[10];
arr[1] = 2;
int a = arr[1];

// 指针
int arr[10];
*arr = 2; // 等价于arr[0] = 2;
int a = *(arr+1); // 等价于a = arr[1];