线性表ADT的顺序存储与链式存储实验报告

实验报告题目：完成线性表ADT的顺序存储和链式存储方式的实现一、需求分析1、本演示程序中，线性表的数据元素类型限定为整型2、演示程序以用户和计算机的对话方式执行，即在计算机的终端上显示“提示信息”之后由用户在键盘上键入演示程序规定的运算命令，相应的输出结果显示在后面。

3、程序的执行命令包括：创建、撤销、清空、插入、修改、删除、定位等线性表ADT各项基本操作二、概要设计为实现上述功能，我们给出线性表的抽象数据类型定义，具体的有单向链，双向链，顺序表等，同时对于上述功能的实现还采用有/无头结点两种方式来实现1.线性表的抽象数据类型定义为ADT List{数据对象：D={a i|a i∈ElemSet，i=1,2,…,n,n≥0}数据关系：R1={<a i-1,a i>|ai-1,ai∈D，i=2,…,n}基本操作：InitList(&L)操作结果：构造一个空的线性表LDestroyList(&L)初始条件：线性表L已存在。

操作结果：销毁线性表L。

ClearList(&L)初始条件：线性表L已存在。

操作结果：将L重置为空表。

ListEmpty(L)初始条件：线性表L已存在。

操作结果：若L为空表，则返回TRUE，否则返回FALSE。

ListLength(L)初始条件：线性表L已存在。

操作结果：返回L中的i个数据元素的值。

GetElem(L,i,&e)初始条件:线性表L已存在，1≤i≤ListLength（L）。

操作结果：用e返回L中第i个数据元素的值。

LocateElem（L,e,compare()）初始条件：线性表L已存在，compare()是数据元素判定函数操作结果：返回L中第一个与e满足compare()的数据元素的位序。

若这样的数据元素不存在，则返回值为0.PriorElem（L,cur_e,&pre_e）初始条件：线性表已存在操作结果：若cur_e是L的数据元素，且不是第一个，则用pre_e返回它的前驱，否则操作失败，pre_e无定义。

NextElem（L,cur_e,&next_e）初始条件：线性表L已存在操作结果：若cur_e是L的数据元素，且不是最后一个，则用next_e返回它的后继，否则操作失败，next_e无定义。

ListInsert（&L,i,e）初始条件：线性表L已存在，1≤i≤ListLength（L）+1。

操作结果：在L中第i个位置之前插入新的数据元素e，L的长度加1.ListDelete(&L,i,.&e)初始条件：线性表L已存在且非空，1≤i≤ListLength(L).操作结果：删除L的第i个数据元素，并用e返回其值，L的长度减1。

ListTraverse（L，visit()）初始条件：线性表L已存在。

操作结果：依次对L的每一个数据元素调用函数visit(),一旦visit()失败，则操作失败。

}ADT List2.主程序包括三个模块：1）主程序模块：void main(){初始化；do{接受命令；处理命令；}while(“命令”=“继续执行”)；}2）有序表单元模块——实现有序表的抽象数据类型；3）节点结构单元模块——定义有序表的节点结构。

各模块之间的调用关系如下：主程序模块有序表单元模块节点结构单元模块三、详细设计1.本程序中一些常见的预定义#define TRUE 1#define FALSE 0#define OK 1#define ERROR 0#define OVERFLOW -2typedef int Status;//Status 是函数的类型，其值是函数结果状态代码typedef int bool;//bool是布尔类型，其值是TRUE或FALSE 2.单向链表有头结点的ADT实现（伪代码表示）1）元素类型，节点类型和指针类型typedefint ElemType; //元素类型typedefstruct NodeType{ElemType data;NodeType *next;}NodeType,*LinkType; //节点类型，指针类型2）部分基本操作的实现Status InitList(List &L){//构造一个空的线性表//头节点存放的数据元素是该链的长度,初始为0p=(LinkType)malloc(sizeof(NodeType));if(!p) return FALSE;p->data=0;//当前链表元素个数为0p->next=NULL;L_head=p;return TRUE;}//InitListvoid DestroyList(List &L){//将线性表L销毁´p=L_head;while(p!=NULL){q=p->next;free(p);p=q;}}//DestroyListvoid ClearList(List &L){//将线性表L重置为空表p=L_head->next;//头节点不能被释放掉while(p!=NULL){q=p->next;free(p);p=q;}L_head->data=0;//空表的数据元素个数又被置为0 }//ClearListbool ListEmpty(L){//判断L是否为空表，是则返回TRUE，否则返回FALSE p=L_head->next;if(!p)return TRUE;elsereturn FAlSE;}ListEmptyint ListLength(L){//返回L中的数据元素个数p=L_head->next;i=0;while(p){p=p->next;i++;}return i;}//ListLengthstatus GetElem(List L,int i,ElemType &e)//用e返回L中第i个数据元素的值{p=L.head->next;j=1;while(p&&j<i){p=p->next;j++;}//找到第i个节点，并用p指向它if(!p||j>i)return error; //输入的i不合法或L为空表e=p->data;}//GetElemint LocateElem(List L,ElemType e,compare())//返回L中第一个与e满足关系compare()的数据元素位序//若这样数据元素不存在返回0//当关系满足时Àcompare()返回1，否则返回{p=L.head->next;i=1;while(p&&!compare(p->data,e)){p=p->next;i++;}//找到第一个与e满足compare()关系的数据元素位置if(p==NULL)return 0;//不存在这样的数据元素?elsereturn i;}//LocateElemstatus PriorElem(LinkList L,ElemType cur_e,ElemType &pre_e)//用pre_e返回cur_e的前驱{p=L_head;while(p->next&&p->next->data!=cur_e)p=p->next;if(!p->next)return error; //操作失败¹pre_e=p;return OK;}//PriorElemstatus NextElem(LinkList L,ElemType cur_e,ElemType &next_e)//用next_e返回cur_e的后继{p=L.head->next;while(p&&p->data!=cur_e)p=p->next;if(p&&p->next)//找到数据元素为cur_e的节点,且不是最后一个元素{next_e=p->next;return OK;}elsereturn error;}//NextElem_Lstatus ListInsert(List &L,int i,ElemType e)//在线性表L的第i个位置前插入新的数据元素e,L的长度加¨1{p=L.head;j=0;while(p&&j<i-1){p=p->next;j++;}//找到第i-1个节点if(!p||j>i-1)return error; //输入的i不合法s=（LinkType)malloc(sizeof(NodeType));//生成一个新的节点s->data=e;s->next=p->next;p->next=s; //将节点插入链表中 L_head->data++; //链表长度加1return OK;}//ListInsertstatus ListDelete(List &L,int i,ElemType &e)//删除L中第i个数据元素，并用e返回其值，L的长度减1{p=L_head;j=0;while(p->next&&j<i-1){p=p->next;j++;}//找到第i-1个节点if(!(p->next)||j>i-1)return error; //输入的i不合法q=p->next;p->next=q->next;e=q->data;free(q); //删除且释放第i个节点，并返回其数据值L_head->data--；//链表长度减去1return OK;}//ListDletestatus ListTraverse(List L,visit())//对L的每个元素调用visit()//visit()函数每成功|一次就返回1，否则返回0{p=L_head->next;while(p){if(visit(p))p=p->next;elsebreak;}if(!p)return OK;//调用失败¹elsereturn error;}//ListTraverse3.单向链无头结点的ADT实现（伪代码表示）1）元素类型，节点类型和指针类型typedefint ElemType; //元素类型typedefstruct NodeType{ElemType data;NodeType *next;}NodeType,*LinkType; //节点类型，指针类型3）部分基本操作的实现Status InitList(List &L){//构造一个空的线性表p=(LinkType)malloc(sizeof(NodeType));if(!p) return FALSE;p->data=e;//放入第一个数据元素p->next=NULL;L_head=p;return TRUE;}//InitListvoid DestroyList(List &L){//将线性表L销毁´p=L_head;while(p!=NULL){q=p->next;free(p);p=q;}}//DestroyListbool ListEmpty(L){//判断L是否为空表，是则返回TRUE，否则返回FALSE p=L_head;if(!p)return TRUE;elsereturn FAlSE;}//ListEmptyint ListLength(L){//返回L中的数据元素个数p=L_head;i=0;while(p){p=p->next;i++;}return i;}//ListLengthstatus GetElem(List L,int i,ElemType &e)//用e返回L中第i个数据元素的值{p=L.head;j=1;while(p&&j<i){p=p->next;j++;}//找到第i个节点，并用p指向它if(!p||j>i)return error; //输入的i不合法或L为空表e=p->data;}//GetElemint LocateElem(List L,ElemType e,compare())//返回L中第一个与e满足关系compare()的数据元素位序//若这样数据元素不存在返回0//当关系满足时Àcompare()返回1，否则返回{p=L.head;i=1;while(p&&!compare(p->data,e)){p=p->next;i++;}//找到第一个与e满足compare()关系的数据元素位置if(p==NULL)return 0;//不存在这样的数据元素?elsereturn i;}//LocateElemstatus PriorElem(LinkList L,ElemType cur_e,ElemType &pre_e) //用pre_e返回cur_e的前驱{p=L_head;while(p->next&&p->next->data!=cur_e)p=p->next;if(!p->next)return error; //操作失败¹pre_e=p;return OK;}//PriorElemstatus NextElem(LinkList L,ElemType cur_e,ElemType &next_e) //用next_e返回cur_e的后继{p=L.head;while(p&&p->data!=cur_e)p=p->next;if(p&&p->next)//找到数据元素为cur_e的节点,且不是最后一个节点{next_e=p->next;return OK;}elsereturn error;}//NextElemstatus ListInsert(LinkList &L,int i,ElemType e)//在线性表L的第i个位置前插入新的数据元素e,L的长度加1{p=L_head;j=0;if(i==1){s=(LinkType)malloc(sizeof(NodeType));//生成一个新的节点s->data=e;s->next=p;L_head=s;return OK;}//在链表的第一个节点前插入一个节点while(p&&j<i-1){p=p->next;j++;}//找到第i-1个节点if(!p||j>i-1)return error; //输入的i不合法s=(LinkType)malloc(sizeof(LNode));//生成一个新的节点s->data=e;s->next=p->next;p->next=s; //将节点插入链表中return OK;}//ListInsertstatus ListDelete(List &L,int i,ElemType &e)//删除L中第i个数据元素，并用e返回其值¦，L的长度减1{p=L_head;j=0;if(i==1){L_head=p->next;free(p);return OK;}//删除L的第一个节点while(p->next&&j<i-1){p=p->next;j++;}//找到第i-1个节点if(!(p->next)||j>i-1)return error; //输入的i不合法q=p->next;p->next=q->next;e=q->data;free(q); //删除且释放第i个节点，并返回其数据元素值return OK;}//ListDletestatus ListTraverse(List L,visit())//对L的每个元素调用visit()//visit()函数每成功|一次就返回1，否则返回0{p=L_head;while(p){if(visit(p))p=p->next;elsebreak;}if(!p)return OK;//调用失败¹elsereturn error;}//ListTraverse3．双向链有头结点部分操作实现（伪代码表示）1）元素类型，节点类型和指针类型Typedefstruct DuLNode{int data;struct DuLNode *prior;struct DuLNode *next;}NodeType,*LinkNode;2) 部分基本操作的实现Status InitList(List &L)//创建一个空的双向线性表{p=(LinkNode)malloc(sizeof(DuLNode));if(!p)return FALSE;p->data=0; //头结点存放链表的长度，初始为0p->next=NULL;p->prior=NULL;return p;}//InitListvoid DestroyList(List &L)//销毁一个双向链表{p=q=L_head;while(p!=NULL){q=p->next;free(p);p=q;}}//DestroyListvoid ClearList(List &L)//将一个线性表置为空表{p=q=L_head->next;while(p!=NULL){q=p->next;free(p);p=q;}L_head->data=0; //空表则头结点内存放节点数据置为0 L_head->prior=NULL;L_head->next=NULL;}//ClearListint ListLength(List L)//返回双向链表的长度{i=0;p=L_head->next;while(p!=NULL){p=p->next;i++;}return i;}//ListLengthStatus ListInsert(List &L,int i,LinkNode e){q=L_head;n=1;if(i<1||i>ListLength(L_head)+1)return FALSE; //输入的i值有误elseif(i!=ListLength(L_head)+1)//在双向链的非最后一个元素前插入{while(n!=i){q=q->next;n++;}q->next->prior=e;e->next=q->next;q->next=e;e->prior=q;}else{while(q->next!=NULL)q=q->next;q->next=e;e->prior=q;e->next=NULL;}L_head->data++; //元素数目加1return OK;}//ListInsertStatus ListDelete(Link &L,int i,ElemType &e)//删除第i个节点,并用e返回其值{q=L_head->next;n=1;if(i<1||i>ListLength(L_head))return FALSE;elseif(i!=ListLength(L_head))//删除的不是最后一个节点{while(n!=i){q=q->next;n++;}q->prior->next=q->next;q->next->prior=q->prior;}else//删除的是最后一个节点{while(q->next!=NULL)q=q->next;q->prior->next=NULL;}e=q->data;free(q);L_head->data--;//数ºy据Y元a素?数ºy目?减?1return OK;}//ListDeleteint LocateElem(DuLNode *L_head,int e,int (*compare)(int a,int b)) //返回L中第一个与e满足compare()的数据元素位序，若没有则返回0//compare()函数返回值是满足该关系返¦回1，不满足返回0{p=L_head->next;i=1;while(p!=NULL&&!(*compare)(p->data,e)){p=p->next;i++;}if(p==NULL)return 0;elsereturn i;}//LocateElemStatus ListTraverse(List L,visit())//实现元素的遍历，一旦遍历失败，返回FALSE，成功返回TRUE{p=L_head;while(p!=NULL){visit(p);p=p->next;}if(p!=NULL)return FALSE;elsereturn TRUE;}//ListTraverse4.顺序表的实现（伪代码）1）部分量的定义struct SqList{int *elem; //存储空间基址int length; //当前长度int listsize; //当前分配的存储空间};#define LIST_INIT_SIZE 100//线性表存储空间的初始分配量#define LISTINCEREMENT 10 //线性表存储空间的分配增量2）部分基本操作的实现Status InitList(SqList &L)//构造一个空的线性表{L.elem=(ElemType *)malloc(LIST_INIT_SIZE*sizeof(ElemType));if(!L.elem)exit(OVERFLOW);//存储分配失败L.length=0; //空表长度为0L.listsize=LIST_INIT_SIZE;return OK;}//InitListint LocateElem(SqList &L,int e,compare())//返回L中第一个与e满足compare()的数据元素位序，若没有则返回0 //compare()函数返回值是满足该关系返回1,不满足返回0{for(i=0;i<L.length;i++)if(compare(*(L.elem+i),e)==1)break;if(i>=L.length)return FALSE;elsereturn (i+1);}//LocateElembool GetElem(SqList *L,int i,int&e)//用e返回L中的第i个数据元素的值,成功函数返回TRUE，否则FALSE {if(i<1||i>L->length)return FALSE;e=*(L.elem+i-1);return TRUE;}//GetElemStatus ListInsert(SqList &L,int i,int e)//在线性表的第i个位置之前插入新的数据元素{if(i<1||i>L.length+1)return FALSE; //输入的i值不合法if(L.length>=L.listsize){Newbase=(int *)realloc(L->elem,(L->listsize+LISTINCEREMENT)*sizeof(int));if(!New)exit(0); //存储分配失败L->elem=New;L->listsize+=LISTINCEREMENT;//增加存储容量}//存储空间满的情况，需重新分配存储空间q=&((L->elem)[i-1]);for(p=&(L->elem)[L->length];p>=q;p--)*(p+1)=*p; //插入位置及之后的元素向后移*q=e;//插入eL->length++;return TRUE;}//ListInsertbool ListDelete(SqList &L,int i,int&e)/*删除线性表第i个元素值并用e返回/{if(i<1||i>L->length)return FALSE;//输入的i不合法p=&((L->elem)[i-1]);//待删除元素位置e=*p; //被删除的元素用e返回值q=L->elem+L->length-1;// 表尾元素的位置for(p++;p<=q;p++)//被删除元素之后的元素往前移*(p-1)=*(p);L->length--;return TRUE;}//ListDeleteStatus ListTraverse(SqList &L,visit())//对线性表元素做一个遍历{for(i=0;i<L->length;i++)visit((L->elem)[i]);if(i!=L->length)return FALSE;elsereturn TRUE;}//ListTraverse5.主函数和其他函数的伪码算法void main(){//主函数Initialization(); //初始化do{system(“cls”);//清屏cmd=Menu();//读入操作命令符Inrerpret(cmd); //解释执行操作命令符scanf(" %c",&c); //判断是否继续进行操作}while(c=='Y'||c=='y');}//mainint Menu(){//读入用户输入int a;printf("\n");printf("双向链表的功能菜单：\n");printf("1.构造一个双向链表\n");printf("2.销毁一个双向链表\n");printf("3.将一个双向链表清空\n");printf("4.得到链表中第一个与所输入数满足一定大小关系的元素的位序\n");printf("5.插入一个新的数据元素\n");printf("6.删除一个节点，并得到该节点的值\n");printf("7.遍历整个链表，打印节点数据\n");printf("请输入您要选择的操作对应的数字\n");scanf("%d",&a);return a;}Inrerpret(cmd){switch(cmd){case 1: L_head=InitList(); //构造一个空链表printf("是否继续其他操作(Y\\N)\n");scanf(" %c",&c);break;case 2: DestroyList(L_head); //销毁一个链表L_head=NULL;printf("是否继续其他操作(Y\\N)\n");scanf(" %c",&c);break;case 3: L_head=ClearList(L_head);printf("是否继续其他操作(Y\\N)\n");scanf(" %c",&c);break;case 4: do{printf("请输入一个数\n");scanf("%d",&i);k=LocateElem(L_head,i,compare);if(k==0)printf("未找到匹配compare的数据元素\n");elseprintf("链表中第一个与输入的数满足compare()（即相等）的元素位序为%d\n",k);printf("是否继续进行此项匹配操作(Y\\N)\n");scanf(" %c",&c);}while(c=='Y'||c=='y');printf("是否继续其他操作(Y\\N)\n");scanf(" %c",&c);break;case 5: do{p=(DuLNode *)malloc(sizeof(DuLNode));//创建一个待插入的节点printf("请输入待插入节点的节点数据\n");scanf("%d",&p->data);printf("请您输入您准备在链表中第几个元素前插入节点\n");scanf("%d",&i);p=ListInsert(L_head,i,p); //在链表的第i个元素前插入节点if(p==FALSE)printf("无法插入\n");elseL_head=p;printf("您是否要继续插入节点（Y\\N)\n");scanf(" %c",&c);}while(c=='Y'||c=='y');printf("是否继续其他操作(Y\\N)\n");scanf(" %c",&c);break;case 6:do{printf("请输入您要删除的数据元素在链表中的位序\n");scanf("%d",&i);e=&k;p=ListDelete(L_head,i,e);if(p==FALSE)printf("无该节点\n");else{L_head=p;printf("删除的数据元素值为%d\n",*e);}printf("是否继续删除其他节点(Y\\N)\n");scanf(" %c",&c);}while(c=='Y'||c=='y');printf("是否继续其他操作(Y\\N)\n");scanf(" %c",&c);break;case 7:k=ListTraverse(L_head,Print);//遍历并打印节点数据，其中头结点数据也被打印，表示总共数据数目if(k==FALSE)printf("遍历失败\n");elseprintf("遍历成功\n");printf("是否继续进行其他操作(Y\\N)\n");scanf(" %c",&c);break;default:printf("请重新选择功能\n");}//Interpret6.函数调用关系main()Initialization Menu InterpretListLength四、调试分析1.本程序初次设计时未加入清屏函数，使得计算机终端显示结果较为杂乱，难以看清具体操作2.本程序在开始编译时因构造结构体类型时尾端未加入分号，使得调试程序浪费了较多的时间3.在有些地方指针变量未初始化，或者未分配空间，使得程序经常崩溃，或出现一些意想不到的结果，导致修改花费了很多时间4.本次作业采用数据抽象的程序设计方法，采用多种方式实现线性表ADT的基本操作，对线性表的各项操作有了更深刻理解，同时本程序分了多个模块，使得程序的封装性较好，从而可移植性较强，调试时也显得更加简单，程序风格良好五、用户手册1、本程序的运行环境为DOS操作系统，执行文件分别为“链式存储无头点.exe”,“链式存储有头结点程序.exe”，“双向链表程序.exe”，“顺序存储.exe”2、本程序在每一次的操作结束后都会提示是否继续进行本次操作，输入Y或y均可继续进行本次操作，若想退出本次操作，输入其他字符即可，然后计算机终端会询问是否返回主菜单进行其他操作，输入Y或y返回主菜单，输入其他字符，退出本程序3、本程序的部分功能如定位，添加，删除等必须建立在进行了链表创建的基础上4、本程序的定位与遍历函数用到了两个函数指针compare和visit，需要用户自己独立书写5、接受命令后即可执行相应的运行并显示出结果六、测试结果本程序经过多组数据测试，所有操作均符合预期设想七、附录链式存储无头结点.cpp链式存储有头结点程序.cpp双向链表程序.cpp顺序存储.cpp。