数据结构：数组的操作（C语言描述）

数据的在计算机的存储方式分为：连续存储【数组】，非连续存储【链表、树、图and so on】;今天讨论的将是数组，包括数组的创建、打印输出，在数组后面追加元素，判断数组是否为空，判断数组是否为满，在数组的指定位置添加元素，在数组的指定位置删除元素，数组元素的倒置和数组元素的排序。对应的函数如下：

void Init_arr(struct Array *pArr,int len);//初始化数组
bool append_arr(struct Array *pArr,int val);//在数组后追加一个元素
bool Insert_arr(struct Array *pArr,int pos,int val);//指定位置插入元素
bool Delete_arr(struct Array *pArr,int pos,int *val);//指定位置删除元素

bool IsFull_arr(struct Array *pArr);//判断数组是否满
bool IsEmpty_arr(struct Array *pArr);//判断数组是否空

void show_arr(struct Array *pArr);//打印数组中的元素
void Inversion_arr(struct Array *pArr);//倒置数组中的元素
void SelectSort_arr(struct Array *pArr);//选择排序
void BubbleSort_arr(struct Array *pArr);//冒泡排序

1.数组的组成元素

我们知道确定一个数组，需要知道数组的首地址（pArr），数组的最大长度（len）以及数组当前元素个数；所以我们要做的第一件事就要新建一个数据类型

struct Array
{
   int *pBase; //定义一个指向数组的指针
   int len;    //数组中能够存放的最大元素个数
   int cnt;    //当前数组中元素的个数
};

此时定义一个名为struct Array 的数据类型，只是定义了数据类型并没有分配内存；

struct Array arr;	//定义一个结构体变量，并分配内存在静态区；（静态区、堆，栈）

定义一个变量时通常的格式：数据类型+变量名·（如：int a，定义一个整型变量a），此时定义了一个名为arr的结构体变量，并此变量分配了内存，指针pBase分配了4个字节，len变量分配了四个字节，cnt变量分配了4个字节；但是此时并没有为pBase指向的数组分配内存。因此，要想对数组进行操作，还必须分配一块内存。可以用sizeof函数来看实际分配了多少内存；

printf("字节数： %d",sizeof(struct Array));

此时的输出是12，说明我们的判断并没有错；并没有为数组分配内存，只为结构体中的数据成员分配了内存。

内存的分配三种方式：

（1）从静态存储区中分配，一般全局变量和static修饰的变量从静态区分配

（2）在栈上创建，局部变量的分配

（3）从堆上分配 ，用malloc函数申请内存时，从堆上进行分配

2.数组的创建

函数的一般注释格式：

/*********************************************************************************

*Function: //函数名称

* Description： //函数功能，性能等的描述

*Calls: //被本函数调用的函数清单

*Called By: //调用本函数的清单

*Input: //输入参数的说明，包括每个参数的作用、取值说明及参数间关系

*Output: //输出参数的说明

*Return: //函数返回值的说明

*Others: //其他说明

**********************************************************************************/

/*********************************************************************************
  *Function: Init_arr；
  *Description： 创建并初始化一个数组；
  *Calls:  malloc()、printf()、exit()；
  *Called By:  none
  *Input:  参数一pArr是一个结构体指针变量，用来接受结构体变量的地址的；
           参数——len是说明创建的数组的容量，也就是能装元素的最大个数；
          //输入参数的说明，包括每个参数的作用、取值说明及参数间关系；
  *Output:  none
  *Return:  none
  *Others:  none
**********************************************************************************/
void Init_arr(struct Array *pArr,int len)
{
	
	pArr->pBase=(int *)malloc(sizeof(int)*pArr->len);
	if(NULL==pArr->pBase)
	{
		printf("分配内存失败");
		exit(-1);   //终止程序
		
	}
	else
	{
	   pArr->cnt=0;
	   pArr->len=len;
	}
		return;  //加return的目的是为了告诉其他人，此函数到此已经写完了
}

pArr->pBase=(int *)malloc(sizeof(int)*pArr->len);

（1）用malloc(参数1)函数分配了一块内存，内存的大小是参数1的大小，并且指针pArr->pBase指向这块内存的首地址。很多人认为这是为指针pArr->pBase分配了内存，这是不对的；对于32的系统，任何指针所在内存的大小都是4个字节，指针就是用来存放地址编号的，但存放指针内存的地址编号，往往我们不需要关心。

（2）用malloc()函数分配内存，若是分配成功，则会把这块内存的首地址赋给指针pArr->pBase；若是分配失败，会把NULL赋给指针；

if(NULL==pArr->pBase)
	{
		printf("分配内存失败");
		exit(-1);   //终止程序
		
	}

因此需要检查，内存分配失败，用函数exit(-1)函数退出程序。

（3）malloc函数的用法

void * malloc(int ); 函数的形参是一个整型数据，用来说明申请内存的大小，单位是字节。malloc函数的返回值是个void类型的指针，因此 往往需要强制转换所需要的类型指针； 例如，

pArr->pBase=(int *)malloc(sizeof(int)*pArr->len);

就是强制转换成指向整型的的指针,(int *)(参数1)，就是把参数1强制转换成int * 类型；

3.插入一个元素

/*********************************************************************************
  *Function: Insert_arr；
  *Description： 在数组的第pos个元素前，插入val元素；；
  *Calls:  IsFull_arr()；
  *Called By: none；
  *Input:  参数一pArr是一个结构体指针变量，用来接受结构体变量的地址的；
           参数——pos，表示位置，在数组第pos元素前加入数据val；
		   参数——val，表示要插入的数据；
  *Output:  none
  *Return:  布尔量，1表示插入成功；0，插入失败；
  *Others:  none
**********************************************************************************/
bool Insert_arr(struct Array *pArr,int pos,int val)
{
	int i;
	if(IsFull_arr(pArr))          //为空不能进行插入操作
		return false;
	if(pos<1||pos>pArr->cnt+1)  //插入的位置不能在第一个元素前面，也不可以在最后一个元素后面的后面插入
		return false;
	
	    for(i=pArr->cnt-1;i>=(pos-1);i--)
	        pArr->pBase[i+1]=pArr->pBase[i];
	    pArr->pBase[pos-1]=val;
		pArr->cnt++;
		return true;

}

可以往数组中指定位置插入一个元素，必须满足一定的条件：

（1）数组不能满

（2）插入元素的位置要求：不能再第一个元素之前插入，也不可以在数组现有元素的个数，之后之后插入；比如，数组中有3个元素，可以在第3个元素之前插入，也可以在第3个元素位置后面插入（这是写程序人自己规定的）。



比如，我们要在元素56前面加入21，我们要做的就是把数组56,23,56,12,5依次往后移一位，但是我们必须从元素5开始往后移，这样数据才不会覆盖；需要一个循环来完成，循环变量i的初始值应该5的位置，所以i=cnt-1，循环条件：应该是i移到56的位置，此时i=pos-1；

对于一些操作，我们可以用特殊值来试凑，来循环循环变量的初始值，和循环结束条件；

4.删除一个元素

/*********************************************************************************
  *Function: Delete_arr；
  *Description： 删除数组的第pos个元素
  *Calls:  IsFull_arr()；
  *Called By: none；
  *Input:  参数一pArr是一个结构体指针变量，用来接受结构体变量的地址的；
           参数——pos，数组的第pos个元素将被删除
		   参数——val，返回要删除的数据；
  *Output:  把删除的数据，返回给指针val
  *Return:  布尔量，1表示删除成功；0，删除失败；
  *Others:  none
**********************************************************************************/
bool Delete_arr(struct Array *pArr,int pos,int *val)
{
	int i;
	if(IsEmpty_arr(pArr))
		return false;
	if(pos>pArr->cnt||pos<1)
		return false;
	
	*val=pArr->pBase[pos-1];
    for(i=pos;i<=pArr->cnt-1;i++)
		pArr->pBase[i-1]=pArr->pBase[i];
		pArr->cnt--;
	return true;

}

假设，要数组的第三个元素2，即pos=3；要做的动作就是把56,23,56,12,5依次往前移。循环变量的初始位置为第一个56所在的位置，即i=pos。循环结束条件是i<=cnt-1，此时才把需要移的元素移完。

5.选择排序

/*********************************************************************************
  *Function: SelectSort_arr；
  *Description： 用选择排序算法对数组中元素进行排序
  *Calls:  none；
  *Called By: none；
  *Input:  参数一pArr是一个结构体指针变量，用来接受结构体变量的地址的；
  *Output:  把删除的数据，返回给指针val；
  *Return:  void
  *Others:  none
**********************************************************************************/
void SelectSort_arr(struct Array *pArr)
{
	int i,j,temp;
	for(i=0;i<pArr->cnt-1;i++)
	{
		for(j=i+1;j<pArr->cnt;j++)
		if(pArr->pBase[i]>pArr->pBase[j])
		{
			temp=pArr->pBase[i];
		    pArr->pBase[i]=pArr->pBase[j];
		    pArr->pBase[j]=temp;
		}
	}
}

直接选择排序的基本思想

　 n个记录的文件的直接选择排序可经过n-1趟直接选择排序得到有序结果：

①初始状态：无序区为R[1..n]，有序区为空。

②第1趟排序

　在无序区R[1..n]中选出关键字最小的记录R[k]，将它与无序区的第1个记录R[1]交换，使R[1..1]和R[2..n]分别变为记录个数增加1个的新有序区和记录个数减少1个的新无序区。

　　……

③第i趟排序

　　第i趟排序开始时，当前有序区和无序区分别为R[1..i-1]和R[i..n](1≤i≤n-1)。该趟排序从当前无序区中选出关键字最小的记录R[k]，将它与无序区的第1个记录R[i]交换，使R[1..i]和R[i+1..n]分别变为记录个数增加1个的新有序区和记录个数减少1个的新无序区。

　这样，n个记录的文件的直接选择排序可经过n-1趟直接选择排序得到有序结果。

6.冒泡排序

/*********************************************************************************
  *Function: BubbleSort_arr；
  *Description： 利用冒泡排序对数组中的元素进行排序
  *Calls:  IsFull_arr()；
  *Called By: none；
  *Input:  参数一pArr是一个结构体指针变量，用来接受结构体变量的地址的；
  *Output:  none
  *Return: none；
  *Others:  none
**********************************************************************************/
void BubbleSort_arr(struct Array *pArr)
{
	int i,j,temp;
	bool exchange=false;
	for(i=0;i<pArr->cnt-1;i++)
	{
		exchange=false;  //开始前排序标志为false，代表没有交换；
		for(j=pArr->cnt-1;j>i;j--)
		{
			if(pArr->pBase[j]<pArr->pBase[j-1])
			{
				temp=pArr->pBase[j];
		        pArr->pBase[j]=pArr->pBase[j-1];
		        pArr->pBase[j-1]=temp;
				exchange=true;
			}
		}
		if(!exchange)
			return ;   //若一趟排序下来，数据没有交换说明，数据中的数据是有序的，就没有必要在进行循环了；	
	}
}

冒泡排序：排序方法

　将被排序的记录数组R[1..n]垂直排列，每个记录R[i]看作是重量为R[i].key的气泡。根据轻气泡不能在重气泡之下的原则，从下往上扫描数组R：凡扫描到违反本原则的轻气泡，就使其向上"飘浮"。如此反复进行，直到最后任何两个气泡都是轻者在上，重者在下为止。

（1）初始

　 R[1..n]为无序区。

（2）第一趟扫描

　 从无序区底部向上依次比较相邻的两个气泡的重量，若发现轻者在下、重者在上，则交换二者的位置。即依次比较(R
，R[n-1])，(R[n-1]，R[n-2])，…，(R[2]，R[1])；对于每对气泡(R[j+1]，R[j])，若R[j+1].key<R[j].key，则交换R[j+1]和R[j]的内容。

　第一趟扫描完毕时，"最轻"的气泡就飘浮到该区间的顶部，即关键字最小的记录被放在最高位置R[1]上。

（3）第二趟扫描

　 扫描R[2..n]。扫描完毕时，"次轻"的气泡飘浮到R[2]的位置上……

　最后，经过n-1 趟扫描可得到有序区R[1..n]

注意：

　 第i趟扫描时，R[1..i-1]和R[i..n]分别为当前的有序区和无序区。扫描仍是从无序区底部向上直至该区顶部。扫描完毕时，该区中最轻气泡飘浮到顶部位置R[i]上，结果是R[1..i]变为新的有序区。

附件：程序源码

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>   //包含了exit函数
#include"malloc.h"
//定义一个新的数据类型,并没有分配内存空间
struct Array
{
   int *pBase; //定义一个指向数组的指针
   int len;    //数组中能够存放的最大元素个数
   int cnt;    //当前数组中元素的个数
};

void Init_arr(struct Array *pArr,int len);//初始化数组
bool append_arr(struct Array *pArr,int val);//在数组后追加一个元素
bool Insert_arr(struct Array *pArr,int pos,int val);//指定位置插入元素
bool Delete_arr(struct Array *pArr,int pos,int *val);//指定位置删除元素

bool IsFull_arr(struct Array *pArr);//判断数组是否满
bool IsEmpty_arr(struct Array *pArr);//判断数组是否空

void show_arr(struct Array *pArr);//打印数组中的元素
void Inversion_arr(struct Array *pArr);//倒置数组中的元素
void SelectSort_arr(struct Array *pArr);//选择排序
void BubbleSort_arr(struct Array *pArr);//冒泡排序
int main()
{
	struct Array arr;	//定义一个结构体变量，并分配内存在静态区；（静态区、堆，栈）
	printf("字节数： %d",sizeof(struct Array));
	//struct Array *pArr; //定义一个结构体指针，并为此指针分配了4字节的内存
	//pArr=(struct Array *)malloc(sizeof(struct Array)); //此时只是为pBsae指针，len,cnt变量分配了内存；
	//arr.pBase=(int *)malloc(sizeof(int)*arr.len);
	Init_arr(&arr,8);
	show_arr(&arr);
	append_arr(&arr,2);
	append_arr(&arr,5);
	append_arr(&arr,54);
	append_arr(&arr,54);
    append_arr(&arr,89);
	if(!append_arr(&arr,18))
	printf("追加失败\n");

	if(!Insert_arr(&arr,3,99))
		printf("插入失败\n");

	show_arr(&arr);
	int DelElement=0;
	int *p=&DelElement;
	Delete_arr(&arr,2,p);
	printf("删除的元素是:%d\n",*p);
	show_arr(&arr);

	SelectSort_arr(&arr);
	printf("选择排序后\n");
	show_arr(&arr);

	//show_arr(&arr);
	/*Inversion_arr(&arr);
	printf("倒置后\n");
	show_arr(&arr);

	BubbleSort_arr(&arr);
	printf("冒泡排序后\n");
	show_arr(&arr);
	*/
	return 0;
}
/*********************************************************************************
  *Function: Init_arr；
  *Description： 创建并初始化一个数组；
  *Calls:  malloc()、printf()、exit()；
  *Called By:  none
  *Input:  参数一pArr是一个结构体指针变量，用来接受结构体变量的地址的；
           参数——len是说明创建的数组的容量，也就是能装元素的最大个数；
          //输入参数的说明，包括每个参数的作用、取值说明及参数间关系；
  *Output:  none
  *Return:  none
  *Others:  none
**********************************************************************************/
void Init_arr(struct Array *pArr,int len)
{
	
	pArr->pBase=(int *)malloc(sizeof(int)*pArr->len);
	if(NULL==pArr->pBase)
	{
		printf("分配内存失败");
		exit(-1);   //终止程序
		
	}
	else
	{
	   pArr->cnt=0;
	   pArr->len=len;
	}
		return;  //加return的目的是为了告诉其他人，此函数到此已经写完了
}
/*********************************************************************************
  *Function: show_arr；
  *Description： 打印出数组中所有元素；
  *Calls:  printf()；
  *Called By:  none
  *Input:  参数一pArr是一个结构体指针变量，用来接受结构体变量的地址的；
  *Output:  none
  *Return:  none
  *Others:  none
**********************************************************************************/
void show_arr(struct Array *pArr)
{
	int i;
	printf("数组的最大元素个数：%d\n",pArr->len);
	printf("数组的当前元素个数：%d\n",pArr->cnt);
	for(i=0;i<pArr->cnt;i++)   //只要显示数组中有的元素
		printf("%d ",pArr->pBase[i]);
	printf("\n");
}
/*********************************************************************************
  *Function: append_arr；
  *Description： 在数组最后一个元素后面添加一个元素；
  *Calls:  IsFull_arr()；
  *Called By:  none
  *Input:  参数一pArr是一个结构体指针变量，用来接受结构体变量的地址的；
           参数——val，要添加的数据；
          //输入参数的说明，包括每个参数的作用、取值说明及参数间关系；
  *Output:  none
  *Return:  布尔量，1表示追加成功；0，追加失败；
  *Others:  none
**********************************************************************************/
bool append_arr(struct Array *pArr,int val)  
{
	if(!IsFull_arr(pArr))
	{
		pArr->pBase[pArr->cnt++]=val;
		return true;
	}
	else
	return false;
}
/*********************************************************************************
  *Function: IsFull_arr；
  *Description： 判断数组是否满；
  *Calls:  none；
  *Called By:  append_arr()，Insert_arr()；
  *Input:  参数一pArr是一个结构体指针变量，用来接受结构体变量的地址的；
  *Output:  none
  *Return:  布尔量，1表示数组满；0，数组不满；
  *Others:  none
**********************************************************************************/
bool IsFull_arr(struct Array *pArr)  //true 与 false 一般用于返回bool类型的函数
{
	if(pArr->cnt==pArr->len)
	{  
	   return true;
	}
	else
	   return false;
}
/*********************************************************************************
  *Function: Insert_arr；
  *Description： 在数组的第pos个元素前，插入val元素；；
  *Calls:  IsFull_arr()；
  *Called By: none；
  *Input:  参数一pArr是一个结构体指针变量，用来接受结构体变量的地址的；
           参数——pos，表示位置，在数组第pos元素前加入数据val；
		   参数——val，表示要插入的数据；
  *Output:  none
  *Return:  布尔量，1表示插入成功；0，插入失败；
  *Others:  none
**********************************************************************************/
bool Insert_arr(struct Array *pArr,int pos,int val)
{
	int i;
	if(IsFull_arr(pArr))          //为空不能进行插入操作
		return false;
	if(pos<1||pos>pArr->cnt+1)  //插入的位置不能在第一个元素前面，也不可以在最后一个元素后面的后面插入
		return false;
	
	    for(i=pArr->cnt-1;i>=(pos-1);i--)
	        pArr->pBase[i+1]=pArr->pBase[i];
	    pArr->pBase[pos-1]=val;
		pArr->cnt++;
		return true;

}
/*********************************************************************************
  *Function: IsEmpty_arr；
  *Description： 判断数组是否空；
  *Calls:  none；
  *Called By:  Delete_arr()；
  *Input:  参数一pArr是一个结构体指针变量，用来接受结构体变量的地址的；
  *Output:  none
  *Return:  布尔量，1表示数组空；0，数组不空；
  *Others:  none
**********************************************************************************/
bool IsEmpty_arr(struct Array *pArr)
{
	if(0==pArr->cnt)
		return true;
	else
	    return false;
}
/*********************************************************************************
  *Function: Delete_arr；
  *Description： 删除数组的第pos个元素
  *Calls:  IsFull_arr()；
  *Called By: none；
  *Input:  参数一pArr是一个结构体指针变量，用来接受结构体变量的地址的；
           参数——pos，数组的第pos个元素将被删除
		   参数——val，返回要删除的数据；
  *Output:  把删除的数据，返回给指针val
  *Return:  布尔量，1表示删除成功；0，删除失败；
  *Others:  none
**********************************************************************************/
bool Delete_arr(struct Array *pArr,int pos,int *val)
{
	int i;
	if(IsEmpty_arr(pArr))
		return false;
	if(pos>pArr->cnt||pos<1)
		return false;
	
	*val=pArr->pBase[pos-1];
    for(i=pos;i<=pArr->cnt-1;i++)
		pArr->pBase[i-1]=pArr->pBase[i];
		pArr->cnt--;
	return true;

}
/*********************************************************************************
  *Function: Inversion_arr；
  *Description： 倒置数组中的元素
  *Calls:  none；
  *Called By: none；
  *Input:  参数一pArr是一个结构体指针变量，用来接受结构体变量的地址的；
  *Output:  none
  *Return:  none
  *Others:  none
**********************************************************************************/
void Inversion_arr(struct Array *pArr)
{
	
	int i,j,temp;
	for(i=0,j=pArr->cnt-1;i<j;i++,j--)  //i,j分别指向数组的首尾元素，没移动一次交换一次，直到不满足条件i<j;
	{
		temp=pArr->pBase[i];
		pArr->pBase[i]=pArr->pBase[j];
		pArr->pBase[j]=temp;
	

	}
}
/*********************************************************************************
  *Function: SelectSort_arr；
  *Description： 用选择排序算法对数组中元素进行排序
  *Calls:  none；
  *Called By: none；
  *Input:  参数一pArr是一个结构体指针变量，用来接受结构体变量的地址的；
  *Output:  把删除的数据，返回给指针val；
  *Return:  void
  *Others:  none
**********************************************************************************/
void SelectSort_arr(struct Array *pArr)
{
	int i,j,temp;
	for(i=0;i<pArr->cnt-1;i++)
	{
		for(j=i+1;j<pArr->cnt;j++)
		if(pArr->pBase[i]>pArr->pBase[j])
		{
			temp=pArr->pBase[i];
		    pArr->pBase[i]=pArr->pBase[j];
		    pArr->pBase[j]=temp;
		}
	}
}
/*********************************************************************************
  *Function: BubbleSort_arr；
  *Description： 利用冒泡排序对数组中的元素进行排序
  *Calls:  IsFull_arr()；
  *Called By: none；
  *Input:  参数一pArr是一个结构体指针变量，用来接受结构体变量的地址的；
  *Output:  none
  *Return: none；
  *Others:  none
**********************************************************************************/
void BubbleSort_arr(struct Array *pArr)
{
	int i,j,temp;
	bool exchange=false;
	for(i=0;i<pArr->cnt-1;i++)
	{
		exchange=false;  //开始前排序标志为false，代表没有交换；
		for(j=pArr->cnt-1;j>i;j--)
		{
			if(pArr->pBase[j]<pArr->pBase[j-1])
			{
				temp=pArr->pBase[j];
		        pArr->pBase[j]=pArr->pBase[j-1];
		        pArr->pBase[j-1]=temp;
				exchange=true;
			}
		}
		if(!exchange)
			return ;   //若一趟排序下来，数据没有交换说明，数据中的数据是有序的，就没有必要在进行循环了；	
	}
}