§2。1 数 组 llz。1。1 数 组 的抽象数据类型
我们讨论数组 ,卣 先关注它 的 ADT,可 多数稆序 员并非如此 。人多数稆序 员仅仅把数 组看作“连续 的存储单元集 合”
,这 样 的观点明显足片面 的,缺 陷在 ∫过 分看重实现细节而 不计其余 。数细 的实现 ,虽 然 多数场合 可以足迕续 的存储 申元集合 ,亻「t并 不 足说 ,数 细只能 这样实现 。直观地看数细^,它 是工元组 (⊥ndex`va1ue>的 集 合,对 每个 ⊥ndex,都 亻f-个 va1ue值 与之对应 ,这 样 的对应有 -个数I名 称,称 为映射 。ADT的 观点,特 别强调定义在 数细上 的各种操作 。多数稆序 没计语言都有数纠 ,除 创建操作之外 ,一 般只有两个标准操作 , 一个从数细~单元取值 ,另 一¨个为数纟H单 元赋值 。ADT2,1给 出数细 的抽象数据类 型定义 。
ADT Array
数 据 对 象 :二 元 组 <土 ndex'Va1ue)台 勺 集 合 ,对 每 个 土 ndex,都 有 一
个 相 应 的 取 自 集 合
Item中 的 va1ue与 之 对 应 。 工 ndex是 有 限 的 一
维 或 多 维 有 序 集 合 ,例 如 ,一 维 Index
可 以 是 (0'¨ 。'彳 -11,二 维 Index可 以 是 ((0'0)'(0'1)'(0'2)'(1'0)'(1'1)'(1'2)'
(2'0)'(2'1)'(2'2)),等 等 。
成 员函数 :
V义
^F A ∈
Array' 土 ∈ Index` x ∈ Item` j`s土 ze ∈ 土 nteger
Array Create(j` 1土 st) ∷ = return维 数 为 j的 数 组 s1土 st是 j元 组 ,它 的
第土个元素是 第土维的维数 ,数 组元素的值 未定义。
Item Retr土 ev(A'土 ) :∶ 〓 土 f(土 ∈ Index)return数 组 A中 与 土 对 应 的 值
e1se return 出 错 信 J包
Array Store(A`土 'x) :∷ 土 f(土 ∈ Index)在 A中 更 新 二 元 组 (土 `x)并 返 回 A
e1ge return 出 错 信 `包
end Array
ADT2。 ⒈ 抽 象 数 据 类 型 Array
成 员函数 create(j`1土 st)返 冂一个指定维数的新数细 ,这 时它是空数纽 ,所 有数细 单元值未定义。Retr主 eve的 参量足数细 A和 卜标 土,如 呆 卜标值合法 ,则 返 「l对应这个下 标的值 ,否 则返 冂出错信息 。store的 参甘足数细 A利 丨卜^柄
ti,以 及一个 Item中 的值 x,在 数细~A中 更新新 的工元细~<土 `x)并 返冂。这个 ADT定 义明确指 明,数 细~具有 比“
迕续 的存 储 单元集合旷
吏~股 的结构 ,使 我们对数细 的理解上升到一个新境 界。
§2・1・2 C语 言的数组
先看一维数组。C语 占的数纟H声 明形式,足 在数细~变鞋名后跟一对 方括 }J,例 如,
'△
42 第2章 数组和结构
土nt 1ist[5]` ★ p1土 st[5]`
定义 了两个数组 ,每 个数组都有 5个 数组元 素。第一个数组定义了 5个 整数,第 工个数组 定 义了 5个 指 向整数 的指针 。C语 言 的数组 , 卜
・枥1从 0开 始 ,所 以数组 1ist π 个数细^元素
的 名 字 是 1土 st【 0]`1iSt[△ ]'1ist[2]'1土 st[3]`1ist[4],这 5个 数 组 元 素 也 可 简 记 为
1土 st[0:仕 ]o与 之 类 似 ,数 组 p1土 st5个 数 组 元 素 的 名 字 足 p1iSt[O:4],每 个 元 素 都 包 含 一
个 指 向 整 数 的 指 针 。
现在来看一维数纽的实现。编译稆序在编 泽时,遇 到数纟H^声明,如 上面的 1土st,要 为数 组分配迕续 的存储单元。对 1土st,编 泽程序为每个单元分配足够存放一个整数的存储空间,
第 一
个 元 素 1ist[0]的 地 姘 称 为 基 地 址 。 机 器 中 的 整 数 位 Κ 是 臼土zeof(土 nt),1土 st[土 ]在 存
储 空 间 的 地 址 是 α+土 水g土 zeof(土 nt),α 足 基 地 ±l「。 莩 实 上 ,C语 言 编 泽 器 把 1土 stI土 ]解 释 为
∵ 个 指 向 地 址 为 α+土 冰曰土zeo￡ (土 nt)的 整 数 的 指 针 。 请 看 以 卜 两 句 声 明
土nt ★ 1土 st△ `
矛Π
土nt 1土 st2[5]'
注意两者 的差异 。 1土st1和 △土st2都 是指 向 h△ 类 型的指针变蚩 ,但 编 泽程序要 为第工句 声明分配 5个 整数存储单元 ,1土 st2指 向 1土st2[0],1土 st2+土 指 向 1土st2〖i]。在 C语 言中, 要访 问一个数细元素,不 需要用偏移量 土乘上类型变董的K度 ,就 是说,不 管数组 1土st2的 类型是什么 ,总 有 △土st2+土 等 于 &1主st2[土 ],故 ★(1土st2+土 )等 于 1土st2[土 ]。
读者应注意 C语 言用数组作 函数参童 的特 点。C语 言 的函数在 函数体 内用到的变鲎必 须在 函数体 内卢 明。然而 ,这 个传入的一维数组其实际可供使用的存储区域只应在 ma土n函 数中声明,囚 为接受数组参量 的函数 中不需耍 为这个传入的数纽参鲑重复分配存储空间。如 果函数 中需耍使用一维数细~的维数,那 么这个维数既可 以作为参董传给函数,也 可 以用全局 变鞋存放这个维数 。
我们看稆序 2.1,调 用 sum时 ,实 参 ⊥nput=&土 nput[0]先 被复制到一个临时单元,成 为 形参 1土st的 具体值 。在 函数体 中,若 1土st[土]出 现在赋值语句 的竿 亏右边 ,则 间接 引用 (1ist+土 )指 向的值 ,并 返 冂这个值 。如呆 1土st[土]出 现在赋值语句 的等号左边 ,则 等 号右 边表达式 的求值结呆会存入单元 (1土s△+土)。这个例子告诉我们 ,虽 然 C语 言函数传值 调用 , 但数组作为函数参量并不传递具体 的数组 内容 。
例 2.1(一 维数组寻址)给 定 以 卜声 明语句
土nt one[] 〓 (0` 1` 2` 3` 4)`
我们想编写一个函数打 印数组的第 j个 单元地址及其存储单元的内容。程序 2.2中 的 print△ 函数用指针运算 。调用该 函数 的例 子为 pr土nt1(∞ ne[o]'5)o pr土 ntf语 句 中的 ptr+土 是第 j个 单元 的地址 ,用 去引用算符 ★的到数组单元 的值 ,表 达式★(ptr+土 )得 到的 是位置 (ptr+土 )的 单元 内容,而 不是地址 。
图 2.1是 pr土nt△ 的运行结呆列表 ,表 中地址 的增蚩是 茌,因 为运行 该稆序 的机器其 h△
κ度 为 4。 □
§2.1数 组 43
# d e f i n e M A X _ S I Z E 1 0 0 f l o a t s u m ( f l o a t [ ] , i n t ) ; fLoat, input IMAX_SIZF-) , answer,' v o i d m a i n ( v o i d )
t
i n t i ;
f o r ( i = 0 ; i < l v l A X _ S I Z E ; i + + )
i n n r r l - [ i I - i l r r l / u L L r J - L ,
a n s w e r = s u m ( i n p u t , M A X _ S I Z E ) ; p r i n t f ( " T h e - s u m - i s : - ? f \ n " , a n s w e r ) , '
)
f l o a t , s u m ( f l o a t l i s t [ ] , i n t n )
t
i n t i ;
f l o a t t e m p s u m = 0 ; f o r ( i = 0 ; i < n ; i + + )
t e m p s u m + = l i s t [ i ] ;
return tempsum;
i
程序 2.1数 组程序举例
v o i d p r i n t l - ( i n t * p t r , i n t r o w s )
{ / * p r i n t o u t a o n e - d i m e n s i o n a l a r r a y u s i n g a p o i n t e r * / i n t i ;
p r j - n t f ( " A d d r e s s - C o n t e n t s \ n " ) ; f o r ( i = 0 ; i < r o w s ; i + + )
p r i n t f ( " ? ; 8 u ? 5 d \ n " , p r t + i , * ( p t r + i ) ) ; p r i n t f ( " \ n " ) ;
I
程序 2.2用 地址访 问一维数组
地 ±l卜 内容
12244868 0
12244872 12244876 ’一
122砼 4880 3
122在 茌884 4
图 2.1一 维数 组寻址
第 2章 数组和结构
§2。2 数 组 的 动 态 存 储 分 配 皿。2.1 一 维数组
在程序 1.4中 ,常 量 陬x_sIzE定 义为 101,这 样 ,稆 序 可以排序的鼓 人数 冂不超过 101。
如呆耍排序更多数据 ,只 能修改常鞋 MAx~sIzE,然 后重新编 泽。这个值究竞 多人才合适 ?如 呆把 MAx sIzE设 成一个非常人 的数值(比如 儿 白丿J),那 么下\{序运行时儿乎可 以满足所亻1^需 求 ,因 为输入值 ″通常不会超过 MAx_sIZE。 不过 ,稆 序在编 译时有可 能 由 J=存储不够而 出 错 。这个实例表 明,编 程时很可能遭遇这种怙况 ,即 无法芋先确定数细 人小,使 稆序 员陷入 两难境地 。处理这类 问题的恰 当办法 ,是 把存储空问的中请推迟到程序的运行阶段 ,就 楚在 所需存储空间人小基本确 定之后才 去中请存储 空问。为此 ,程 序 1.茌中 main的 前儿行可修 改女口 卜:
土nt 土 ` n` ★ 1土 st氵
pr土 ntf("Enter凵 the凵 number凵 ° f凵 numbers凵 t° 凵 generate:凵
")′
scanf("者 d"` &n)`
土f (n( △ ) (
￡pr土 ntf(stderr` "ImprOper凵 va1ue凵 ° f凵 n/n");
ex土 t(EXIT FAILURE)'
)
MALLOC(1土 st` n★ 臼 土 zeo￡ (土 nt))'
这段稆序 只有在 彳(1时 出错 ,或 者在没有足够 的存储空问保存待排 ∫讠讠数据 时丨丨|错 c
§2.2◆ 二2 维 数 组
C语 言川数细~的数组表示 多维数组 。对 ∫工维数细 ,这 种表示实阮i上 足一个一维数细~, 其 中每个单元本身义楚一个一维数细^。以 卜是两维数纟H声 明:
土nt X[3][5]`
实际 上,x是 长庋 为 3的 一维数细,每 个 单元 义楚 K庋 为 5r沟一维数细~。图 2.2足 这个工维 数组 的存储结构 ,共 仃 四块存储 区,一 块l×域(x[o:2])足 以存放 3个 指针 ,其 余 3个 【域足 够存放 5个 ht类 型值 。
lOl lzl 囵 【4]
x【01
xI1】
xI2]
§2.2数 组的动态存储分配 45 要访 问 x[土Hj],首 先取 xh]中 的指针 ,这 个指针指 向第 土行的 0号 单元在 内存 的地
址 ,再 加 上 j★ 臼 土zeo￡ (土 nt),就 得 到 了 第 土 行 的 第 j号 元 素 ,它 就 足 x[土 ][j]。 程 序 2.3是 在
运行过程构造两维数组的例lf。
i n t * * m a k e 2 d A r r a y ( i n t , r o w s , i n t c o l s )
{ / * c r e a t e a t w o d i m e n s i o n a T r o w s x c o f s a r r a y * / i n t * * x , i ;
/ * g e t m e m o r y f o r r o w p o i n t e r s * / M A L L O C ( x , r o w s * s i z e o f ( * x ) ) ;
/* get memory for each row */
f o r ( i = 0 ; i c r o w s ; i + + )
M A L L O C ( x t i l , c o l - s * s i z e o f ( * * x ) ) ; r e t u r n x , '
)
程序 2,3动 态构造一个两维数组
该程序f向用法 见以 卜语句 。第 2行 语旬分配 5× 10的 两维整数数细 ,第 3行 语句为这个 数细~的 [2H4]单 元赋值 6。
1 土 nt ★ ★ myArray'
2 myArray = make2dArray(5` △ 0)氵
3 myArray[2] [4] = 6`
C语 言还有 另外l,lsl个存储空间分配函数 ca11。 c lJ rea11oc,也 常川 「数组 的动态存储 分配 。ca11oc分 配川户指定人小的一块存储区,并 把这块区域全部清零 (即 ,所 有分配的位 都置为 0),然 后返冂指 向存储 区的首地址 。如呆存储空问不足,则 返 冂 bTuLL。例如 ,卜 面 的 语句
ェn△ ★ x氵
x = ca11oc(n` g土 zeo￡ (土 nt))'
可用 ∫定义一维整数数细 ,数 纽 的容董 为 n,且 x[O:n-△ ]初 始化 为 0。和 MALLOC的 宏定义 类似 ,以 卜的 cALLoC宏 定义能使程序既清晰 义可靠 。
#def土 ne CALL○ C(p`n`s)\
土 ￡ (!((p)〓 Ca11。 C(n`s))) (\
pr土 ntf(stderr` "Insuff土 cient凵 memOry")氵 \
ex土 t(EXIT FAILURE)氵 \
)
rea11oc函 数可 以 调整 由 ma11。 c或 ca11。 c分 配 的存储 空 间人 小 。例如 ,语 句
rea11⊙ c(p` s)'
46 第 2章 数组和结构 把 p指 向的存储空间人小调整为 s。 调整乏后,前 min(s'oldSize)字 I⒈内容不变。若 s)
oldSize,则 多 分 配 的 s-oldSize字 节 内 容 不 确 定 ,若 s<oldSize,则 原 分 配 块 中 最 后 那 部
分多余的 oldsize— s字 节 内容被释放 。如 呆 rea11oc调 整存储空间人小成功 ,则 返冂新存 储区的首地址 ,否 则返 冂 NuLL。
与 MALLoC和 cALLoC的 宏 定 义 类 似 ,为 方 便 使 用 ,以 卜 是 REALLoc的 宏 定 义 。
#de￡ 土ne REALL⊙ C(p`s)\
土 ￡ (!((p)=rea11。 C(p`s))) (\
pr土 ntf(stderr` "Insuff土 c土 ent凵 mem○ ry")氵 \
ex土 t(EXIT FAILURE)氵 \
)
工 维数 细 亻EC语 言 中也表 示 为一维 数组 ,它 的每 个 单元 都 足一个 工维 数组 ,这 些 工 维 数细 都可 表示 为如 图 2,2所 亻1的 纟丿i构 。
习题
1.修 改程序 2.3,使 返冂的每个数纤l单元都苴为零。要求代lll改动越少越好。
2.令 1ength[土 ]是 ^个
两 维 数 细 ~第 土 行 的 κ 度 ,参 考 稆 ∫r2,3,构 迕 llJxl维 数 细 ,使 其 第 土
行 的 K度 竿 J11ength〖 土 〕 ,0兰 ′ <rows。 测 试 稆 i的 止 :确 性 。
3,用 动态存储分配方法丑写稆序 1,16中 的廴J阵加法函数 。函数原 型∫、、`为
vo土 d add(土 nt ★ ★ a` 土 nt ★ ★ b` 土 n△ ★ ★ c` 土 n△ rows` 土 nt co1s)`
测试稆序的运行结呆。
茌,用 动态存储分配方法重写稆序 1。⒛ 中的斜Ⅰ阵乘法 函数。函数原Ⅱ忄应为
vo土 d mu1t(土 nt **a` 土 nt ★ ★ b` 土 nt ★ ★ c` 土 n△ rows)氵
每个矢E阵 的维数都足 r。ws× rows,测 试稆∫卜的运行纣i呆 。
5.川 动态存储分配 方法重写稆序 1。” 中的矩阵转 置函数 。函数原Ⅱ刂应 为
vo土 d transpose(土 n△ ★ ★ a` 土 nt rows)氵
测 试稆序的运行结呆。
6.编 写矩阵转置函数 ,要 包括矩阵不足方阵的怙况 。采用动态存储分配 方法 。函数原I刂应 为
vo土 d transpose(土 nt ★ ★ a` 土 n△ ★ ★b` 土 n△ rows` 土 nt co1s)氵
其屮 a是 rows× ∞ls的 待转置矢H阵 , b存 放转苴结粜,别 忘 了这 个结 呆楚 cols× rows 的矩阵。测 试不V「r的 运行结呆。
Ξ
扌
衤
§2.3结 构体和联合体
§2。3 结 构 体 和 联 合 体
§2.3.1 结 构体
数组足相 同类 型数据 的聚合。C语 宀还捉供:9;一种方式 ,聚 合不同数据类型的数据 ,这 种机制是结构体 臼truCt,也 简称 为结构 。纬构 (其 它语 窝称为记隶 )是 数据项 的集体 ,每 条 数据项 由其类 型和 名称指定。例如 ,
s△ruct (
char name[10]`
土nt age`
f1oa△ sa1ary氵
) pers⊙ n`
这个结构体构造 了一个变:屋:,其 名称足 pers。 n,统 领:工个域:
・ name是 字 符 数 细 ,表 示 pers。 n的 名 字 :
・ age是 整 数 ,表 示 pers。 n年 龄 :
● sa1ary是 浮 点 型 n。 at,表 示 pers。 n的 卜 资 ◎
如 卜语句为这 个结构中的各成 员域赋估 ,注 意 ,“。”
足结构的成 ;t箅 F,川 来选择纟丨、构 中特 定成 员。
strcpy(pers。 n.name` "james")氵
person.age = △ O`
person.sa1ary = 35OO0氵
丿+刂typede￡ 诂句可 以构迕 匚J定 义数据类型,例 如:
typede￡ g乜 ruct (
Char name[△ 0]氵
ェnt age'
￡△oat sa1ary' ) humanBeing氵
川结构 芦 明定 义丁一个类 珥u,名 称 足 human:eing,之 后 lJ以 川它 声 刂l其 它 变 筻,如 :
humanBeing person1` person2氵
然后可 以tJ丨丨{以 卜语句:
土 ￡ (strCmp(persOn1.name` persOn2.name))
pr土 ntf("The凵 tw° 凵 peOp1e凵 d° 凵 n○ t凵 haVe凵 the凵 Same凵 name\n")`
e1臼 e
pr土 nt￡ ("The凵 tw° 凵pe0p1e凵 haVe凵 匕he凵 same凵 name\n")`
如果能用语句 土￡ (person△ ~person2)判 断两个纬构 足否完个本H竿 ,或 者 ,lll进 一 步 ,对 结构赋值 ,如 pers。 n△ =persOn2',即 把第 I个 纟l、构r沟所仃 内容赋值给 第一个结构
在7
茌8 第 2章 数组和结构 的对应 内容,那 就更妙 了。ANsI C允 许结构整体赋值,但 甲朋的 C详 j亩不 允许,丿1能如 卜
茌8 第 2章 数组和结构 的对应 内容,那 就更妙 了。ANsI C允 许结构整体赋值,但 甲朋的 C详 j亩不 允许,丿1能如 卜