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データ構造の逐次記憶線形テーブル実装の詳細説明と例（C、C#、C）

2024-07-12

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シーケンシャルストレージ線形テーブルは基本的なデータ構造であり、線形テーブルの要素を連続したアドレスを持つ一連のストレージユニットに特定の順序で格納します。このブログでは、逐次記憶線形テーブルの実装を詳しく紹介し、C、C#、C++ の 3 つのプログラミング言語を例として、逐次記憶線形テーブルの実装方法を示します。

1. 線形テーブルの順次ストレージの基本概念

逐次記憶線形テーブルは線形テーブルの実装方法であり、次の特徴があります。

要素タイプが同じである: 順次記憶線形テーブル内の要素は同じタイプであり、各要素は特定の記憶領域を占有します。
要素は順序付けされます: 順次ストレージ線形リスト内の要素は、特定の順序 (通常は非降順) で配置されます。
ランダム アクセス: シーケンシャル ストレージ線形テーブルはランダム アクセスをサポートしています。つまり、テーブル内の任意の要素にインデックスを介して直接アクセスできます。
動的拡張: シーケンシャルストレージリニアテーブルは、より多くの要素を収容するために、必要に応じてストレージスペースを動的に拡張できます。

2. シーケンシャルストレージ線形テーブルの実装

1. データ構造の定義

まず、線形テーブルを順次格納するためのデータ構造を定義する必要があります。 C 言語を例に挙げると、構造体 (struct) を使用して以下を定義できます。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct {
    int *data; // 指向动态分配的数组
    int size;  // 线性表的当前长度
    int capacity; // 线性表的容量
} SequenceList;

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2. 初期化

線形テーブルは初期化シーケンスに格納され、初期容量が割り当てられます。 C 言語では、malloc 関数を使用して動的にメモリを割り当てることができます。

void initSequenceList(SequenceList *list, int capacity) {
    list->data = (int *)malloc(capacity * sizeof(int));
    if (list->data == NULL) {
        exit(-1); // 内存分配失败，退出程序
    }
    list->size = 0;
    list->capacity = capacity;
}

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3. 要素を追加する

連続的に格納された線形リストに要素を追加します。現在の容量が新しい要素を収容するのに十分でない場合は、まず容量を拡張する必要があります。

void appendSequenceList(SequenceList *list, int value) {
    if (list->size == list->capacity) {
        // 扩展容量
        int newCapacity = list->capacity * 2;
        int *newData = (int *)malloc(newCapacity * sizeof(int));
        if (newData == NULL) {
            exit(-1); // 内存分配失败，退出程序
        }
        for (int i = 0; i < list->size; i++) {
            newData[i] = list->data[i];
        }
        free(list->data);
        list->data = newData;
        list->capacity = newCapacity;
    }
    list->data[list->size++] = value;
}

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4. アクセス要素

順次格納された線形リスト内の指定された要素にアクセスします。

int getSequenceList(const SequenceList *list, int index) {
    if (index < 0 || index >= list->size) {
        return -1; // 索引无效，返回-1
    }
    return list->data[index];
}

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5. 要素を変更する

順次ストレージ線形リスト内の指定された要素を変更します。

void setSequenceList(SequenceList *list, int index, int value) {
    if (index < 0 || index >= list->size) {
        return; // 索引无效，不进行操作
    }
    list->data[index] = value;
}

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6. 要素の削除

順次格納された線形リスト内の指定された要素を削除します。

void removeSequenceList(SequenceList *list, int index) {
    if (index < 0 || index >= list->size) {
        return; // 索引无效，不进行操作
    }
    for (int i = index + 1; i < list->size; i++) {
        list->data[i - 1] = list->data[i];
    }
    list->size--;
}

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7.破壊する

シーケンシャルストレージ線形テーブルを破棄し、割り当てられたメモリを解放します。

void destroySequenceList(SequenceList *list) {
    free(list->data);
    list->data = NULL;
    list->size = 0;
    list->capacity = 0;
}

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3. 例

以下では、C、C#、C++ の 3 つのプログラミング言語を使用して、順次ストレージ線形テーブルを実装し、線形テーブル内の要素の追加、削除、アクセス、および印刷を行います。

C言語の例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct {
    int *data;
    int size;
    int capacity;
} SequenceList;

void initSequenceList(SequenceList *list, int capacity) {
    list->data = (int *)malloc(capacity * sizeof(int));
    if (list->data == NULL) {
        exit(-1);
    }
    list->size = 0;
    list->capacity = capacity;
}

void appendSequenceList(SequenceList *list, int value) {
    if (list->size == list->capacity) {
        int newCapacity = list->capacity * 2;
        int *newData = (int *)malloc(newCapacity * sizeof(int));
        if (newData == NULL) {
            exit(-1);
        }
        for (int i = 0; i < list->size; i++) {
            newData[i] = list->data[i];
        }
        free(list->data);
        list->data = newData;
        list->capacity = newCapacity;
    }
    list->data[list->size++] = value;
}

int getSequenceList(const SequenceList *list, int index) {
    if (index < 0 || index >= list->size) {
        return -1;
    }
    return list->data[index];
}

void setSequenceList(SequenceList *list, int index, int value) {
    if (index < 0 || index >= list->size) {
        return;
    }
    list->data[index] = value;
}

void removeSequenceList(SequenceList *list, int index) {
    if (index < 0 || index >= list->size) {
        return;
    }
    for (int i = index + 1; i < list->size; i++) {
        list->data[i - 1] = list->data[i];
    }
    list->size--;
}

void destroySequenceList(SequenceList *list) {
    free(list->data);
    list->data = NULL;
    list->size = 0;
    list->capacity = 0;
}

int main() {
    SequenceList list;
    initSequenceList(&list, 10);
    appendSequenceList(&list, 1);
    appendSequenceList(&list, 2);
    appendSequenceList(&list, 3);
    printf("Get element at index 1: %dn", getSequenceList(&list, 1));
    setSequenceList(&list, 1, 4);
    printf("Get element at index 1 after modification: %dn", getSequenceList(&list, 1));
    removeSequenceList(&list, 0);
    printf("Get element at index 0 after removal: %dn", getSequenceList(&list, 0));
    destroySequenceList(&list);
    return 0;
}

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C#言語の例

using System;

public class SequenceList
{
    private int[] data;
    private int size;
    private int capacity;

    public SequenceList(int capacity)
    {
        this.data = new int[capacity];
        this.size = 0;
        this.capacity = capacity;
    }

    public void Append(int value)
    {
        if (size == capacity)
        {
            int newCapacity = capacity * 2;
            int[] newData = new int[newCapacity];
            for (int i = 0; i < size; i++)
            {
                newData[i] = data[i];
            }
            data = newData;
            capacity = newCapacity;
        }
        data[size++] = value;
    }

    public int Get(int index)
    {
        if (index < 0 || index >= size)
        {
            return -1;
        }
        return data[index];
    }

    public void Set(int index, int value)
    {
        if (index < 0 || index >= size)
        {
            return;
        }
        data[index] = value;
    }

    public void RemoveAt(int index)
    {
        if (index < 0 || index >= size)
        {
            return;
        }
        for (int i = index + 1; i < size; i++)
        {
            data[i - 1] = data[i];
        }
        size--;
    }

    public void Clear()
    {
        size = 0;
    }
}

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        SequenceList list = new SequenceList(10);
        list.Append(1);
        list.Append(2);
        list.Append(3);
        Console.WriteLine("Get element at index 1: " + list.Get(1));
        list.Set(1, 4);
        Console.WriteLine("Get element at index 1 after modification: " + list.Get(1));
        list.RemoveAt(0);
        Console.WriteLine("Get element at index 0 after removal: " + list.Get(0));
        list.Clear();
    }
}

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C++言語の例

#include <iostream>

class SequenceList {
private:
    int *data;
    int size;
    int capacity;

public:
    SequenceList(int capacity) {
        data = new int[capacity];
        size = 0;
        capacity = capacity;
    }

    void Append(int value) {
        if (size == capacity) {
            int newCapacity = capacity * 2;
            int *newData = new int[newCapacity];
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                newData[i] = data[i];
            }
            delete[] data;
            data = newData;
            capacity = newCapacity;
        }
        data[size++] = value;
    }

    int Get(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            return -1;
        }
        return data[index];
    }

    void Set(int index, int value) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            return;
        }
        data[index] = value;
    }

    void RemoveAt(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            return;
        }
        for (int i = index + 1; i < size; i++) {
            data[i - 1] = data[i];
        }
        size--;
    }

    void Clear() {
        size = 0;
    }
};

int main() {
    SequenceList list(10);
    list.Append(1);
    list.Append(2);
    list.Append(3);
    std::cout << "Get element at index 1: " << list.Get(1) << std::endl;
    list.Set(1, 4);
    std::cout << "Get element at index 1 after modification: " << list.Get(1) << std::endl;
    list.RemoveAt(0);
    std::cout << "Get element at index 0 after removal: " << list.Get(0) << std::endl;
    list.Clear();
    return 0;
}

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これら 3 つの例では、シーケンシャル ストレージ線形リスト クラスを定義し、要素の追加、削除、アクセス、印刷などの一連の基本操作を提供します。これらの例を使用すると、さまざまなプログラミング言語で順次ストレージ線形テーブルを実装する方法を学ぶことができます。

個人プロフィール

彼は 30 年以上テクノロジーの研究に専念しており、java、linux、javascript、php、css などのさまざまな言語に堪能であり、オープンソース分野で多くの貢献を行っています。将来の参考のために技術開発におけるいくつかの問題を共有する開発者ドキュメント ステーション。

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