本节我们基于前面实现的数据结构类模板基础，继续完成基于顺序存储结构的线性表的实现，话不多说，继承关系图如下：
14.线性表的本质和操作
14.1.线性表的表现形式
- 零个多多个数据元素组成的集合
- 数据元素在位置上是有序排列的
- 数据元素的个数是有限的
- 数据元素的类型必须相同
14.2.线性表的抽象定义、性质
线性表是具有相同类型的n(>=)个数据元素的有限序列，(a0, a1, a2... an-1),其中ai是表项，n是表长度。
性质： - a0为线性表的第一个元素，只有一个后继
- an-1为线性表的最后一个元素，只有一个前驱
- 其他数据项既有后继，也有前驱
- 支持逐项和顺序存储
14.3.线性表的一些常用操作
- 插入、删除数据元素
- 获取、设置目标位置元素的值
- 获取线性表的长度
- 清空线性表
示例代码：template <typename T> class list : public Object { public: virtual bool insert(int index, const T& e) = 0; virtual bool remove(int index) = 0; virtual bool set(int index, const T& e) = 0; virtual bool get(int index, T& e) const = 0; virtual bool length() const = 0; virtual bool clear() = 0; }14.4.总结：
线性表是数据元素的有序并且有限的集合，其中的数据元素类型相同，在程序中表现为一个特殊的数据结构，可以使用C++中的抽象类来表示，用来描述排队关系的问题。
15.线性表的顺序存储结构
15.1.概念和设计思路
定义：
线性表的顺序存储结构，指的是用一段地址连续的存储单元依次存储线性表中的数据元素。
设计思路：
使用一维数组来实现存储结构：// 存储空间：T* m_array; 当前长度：int m_length； template <typename T> class SeqList : public List<T> { protected: T* m_array; int m_length; };15.2.顺序存储结构的元素操作
- 获取：判断目标位置是否合法，将目标位置做为数组下标获取元素。
- 插入：1.判断目标位置是否合法，将目标位置之后的元素后移一个位置，3.将新元素插入目标位置，4.线性表长度加1。（注意插入的点永远比元素会多一个）
- 删除：1.判断目标位置是否合法，将目标位置之后的元素前移一个位置，3.线性表长度减1。
15.3 List实现
template <typename T>
class List:public Object
{
protected:
List(const List&);
List& operator ==(const List&);
public:
List(){}
virtual bool insert(const T& e) = 0;
virtual bool insert(int i,const T& e) = 0;
virtual bool remove(int i) = 0;
virtual bool set(int i,const T& e) = 0;
virtual bool get(int i,T& e) const = 0;
virtual int length() const = 0;
virtual void clear() = 0;
};16.SeqList的设计要点
- 抽象类模板，存储空间的大小和位置由子类完成；
- 实现顺序存储结构线性表的关键操作（增、删、查、等）；
- 提供数组操作符重载，方面快速获取元素；
template <typename T> class SeqList : public List<T> { protected: T* m_array; // 顺序存储空间 int m_length; // 当前线性长度 public: bool insert(int index, const T& e)； bool remove(int index); bool set(int index, const T& e); bool get(int index, T& e) const; int length() const; void clear(); // 顺序存储表的数组访问方式 T& operator [] (int index); T operator [] (int index) const; // 顺序存储表的的容量 virtual int capacity() const = 0; };思考：StaticList和DynamicList如何实现，差异在那里？是否可以将DynamicList做为StaticList的子类实现
这两者的差异在于，后者可以动态指定线性表的大小和存储空间，由于两者的性质完全不同，所以不能实现为彼此的子类16.1SeqList实现
template <typename T>
class SeqList : public List<T>
{
protected:
T* m_array; // 顺序存储空间
int m_length; // 当前线性长度
public:
bool insert(int index, const T& e)
{
bool ret = ( (index>=0) && (index<=m_length) ); // <= 因为可以插入的点，必然比当前元素多1
if(ret && ( m_length < capacity() )) // 当前至少有一个空间可插入
{
for(int p=m_length-1; p>=index; p--)
{
m_array[p + 1] = m_array[p];
}
m_array[index] = e;
m_length++;
}
return ret;
}
bool insert(const T& e)
{
return insert(m_length, e);
}
bool remove(int index)
{
bool ret = ( (index>=0) && (index<m_length) ); // 目标位置合法 <m_length
if(ret)
{
for(int p=index; p<m_length-1; p++) // 注意思考此处的边界条件
{
m_array[p] = m_array[p+1];
}
m_length--;
}
return ret;
}
bool set(int index, const T& e)
{
bool ret = ( (index>=0) && (index<m_length) );
if(ret)
{
m_array[index] = e;
}
return ret;
}
bool get(int index, T& e) const
{
bool ret = ( (index>=0) && (index<m_length) );
if(ret)
{
e = m_array[index];
}
return ret;
}
int length() const
{
return m_length;
}
void clear()
{
m_length = 0;
}
// 顺序存储表的数组访问方式
T& operator [] (int index)
{
if( (index>=0) && (index<m_length) )
{
return m_array[index];
}
else
{
THROW_EXCEPTION(IndexOutOfBoundsException, "index out of range...");
}
}
T operator [] (int index) const
{
static_cast<SeqList<T>&>(*this)[index]; // 去除const属性，然后调用非const版本实现
}
// 顺序存储表的的容量
virtual int capacity() const = 0;
};
}
#endif // SEQLIST_H
17.StaticList和DynamicList
17.1.StaticList的设计要点：
类模板
- 使用原生数组做为顺序存储空间
- 使用模板参数决定数组的大小
template < typename T, int N > class StaticList : public SeqList <T> { protected: T m_space[]; // 顺序存储空间，N为模板参数 public: StaticList(); // 指定父类成员的具体值 int capacity() const; };17.1.1 StaticList实现
template < typename T, int N >
class StaticList : public SeqList <T>
{
protected:
T m_space[N]; // 顺序存储空间，N为模板参数
public:
StaticList() // 指定父类成员的具体值
{
this->m_array = m_space;
this->m_length = 0;
}
int capacity() const
{
return N;
}
};
17.2.DynamicList的设计要点：
类模板
- 申请连续堆空间做为顺序存储空间
- 保证重置顺序存储空间的异常安全性
函数异常安全的概念： - 不允许任何内存泄露，不允许破坏数据
- 函数异常安全的基本保证：
- 如果有异常抛出，对象内的任何成员任然能保持有效状态，没有数据破话或者资源泄露。
template < typename T> class DynamicList : public SeqList <T> { protected: int capacity; // 顺序存储空间的大小 public: DynamicList(int capacity); // 申请空间 int capacity(void) const // 返回capacity的值 // 重置存储空间的大小 void reset(int capacity); ~DynamicList(); // 归还空间 };17.2.1 DynamicList实现
template <typename T>
class DynamicList : public SeqList<T>
{
protected:
int m_capacity;
public:
DynamicList(int capacity)
{
this->m_array = new T[capacity];
if(this->m_array != NULL)
{
this->m_length = 0;
this->m_capacity = capacity;
}
else
{
THROW_EXCEPTION(NoEnoughMemoryException,"No memory to create DynamicList object ...");
}
}
int capacity()const
{
return m_capacity;
}
void resize(int capacity)
{
if(capacity != m_capacity)
{
T* array = new T[capacity];
if(array != NULL)
{
int length = (this->m_length < capacity ? this->m_length : capacity);
for(int i=0;i<length;i++)
{
array[i] = this->m_array[i];
}
T* temp = this->m_array;
this->m_array = array;
this->m_length = length;
this->m_capacity = capacity;
delete[] temp;
}
else
{
THROW_EXCEPTION(NoEnoughMemoryException,"No memory to create DynamicList object ...");
}
}
}
~DynamicList()
{
delete[] this->m_array;
}
};
18.顺序存储结构线性表分析
18.1.时间复杂度
顺序存储结构线性表的效率为O(n)，主要受其插入和删除操作的影响（譬如插入操作时，要插入位置之后的数据要向后挪动） 。
18.2.问题
两个长度相同的顺序存储结构线性表，插入、删除操作的耗时是否相同？
不相同，对顺序存储结构线性表，其插入、删除操作的复杂度还取决于存储的数据类型，譬如一个普通类型和一个字符串类型/类类型就完全不同（对于复杂数据类型，元素之间移动时必然耗时很多）。从这个角度考虑，线性表的效率存在隐患。
18.3.禁用拷贝构造和赋值操作。
贝构造和赋值操作会导致两个指针指向同一个地址，导致内存重复释放。对于容器类型的类，可以考虑禁用拷贝构造和赋值操作。
原因： 1、对于生活中容器类的东西，我们无法对其进行赋值（譬如生活中我们不可能将杯子中的水进行复制，只能使用另一个杯子重新去获取等量的水）。
实现：将拷贝构造和赋值操作函数定义为proteced成员，在类的外部，不能使用。
protected:
List(const List&){}
List& operator = (const List&){}18.4.线性表不能直接当做数组来使用
顺序存储结构线性表提供了数组操作符的重载，可以直接像数组一样，同过下标直接获取目标位置的元素，在具体的使用上类似数组，但是本质上不同，不能代替数组使用：
- 必须先进行插入操作，才能对其内部的数据进行操作。
- 原生数组是自带空间的，可以直接操作。
原文地址：http://blog.51cto.com/11134889/2126733
时间： 2024-10-09 09:24:34