数据结构(03)_顺序存储结构线性表

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。

  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

  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;
  };

  17.2.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
  };

  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。