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抽象数据类型#xff08;ADT#xff09;是一种数据类型#xff0c;它定义了一组数据以及可以在这组数据上执行的操作#xff0c;但隐藏了数据的具体存储方式和实现细节。在C语言中#xff0c;抽象数据类型#xff08;ADT#xff09;是一种非常重要的概念…基础概念
抽象数据类型ADT是一种数据类型它定义了一组数据以及可以在这组数据上执行的操作但隐藏了数据的具体存储方式和实现细节。在C语言中抽象数据类型ADT是一种非常重要的概念它允许程序员定义和操作自定义的数据结构而无需关心其底层实现细节。通过ADT可以创建出既安全又高效的数据管理方案为复杂问题的解决提供有力支持。 使用ADT的优点 封装性隐藏数据表示和实现细节只暴露操作接口提高了代码的安全性和可维护性。 复用性ADT可以作为独立的模块进行开发和测试方便在不同项目中复用。 抽象性通过ADT我们可以更关注于数据操作的逻辑而不是数据的具体存储方式。
ADT由以下两部分组成: 数据表示定义数据的存储结构通常使用结构体来封装数据成员。 操作接口定义可以在数据上执行的操作如创建、销毁、访问、修改等这些操作通过函数来实现。
基于链表的ADT实现数据封装
这里使用基于链表的ADT实现数据封装来进行展示数据封装是一种把数据和操作数据的函数捆绑在一起的机制在C语言中可以通过结构体和函数来实现数据封装结构体用于存储数据而函数则用于操作这些数据。 操作步骤如下 1.定义链表节点的结构体包含数据域和指针域。 2.定义链表ADT的操作函数如初始化链表、在链表末尾添加元素、清空链表等。 3.实现这些操作函数通过函数来操作链表隐藏链表的具体实现细节。
#include stdio.h
#include stdlib.h// 定义链表节点的结构体
typedef struct ListNode {int data;struct ListNode* next;
} ListNode;// 定义链表ADT的操作函数
typedef struct {ListNode* head;
} List;// 初始化链表
void initList(List* list) {list-head NULL;
}// 在链表末尾添加一个元素
void appendToList(List* list, int value) {ListNode* newNode (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));newNode-data value;newNode-next NULL;if (list-head NULL) {list-head newNode;} else {ListNode* current list-head;while (current-next ! NULL) {current current-next;}current-next newNode;}
}// 清空链表
void clearList(List* list) {ListNode* current list-head;while (current ! NULL) {ListNode* next current-next;free(current);current next;}list-head NULL;
}// 打印链表
void printList(List* list) {ListNode* current list-head;while (current ! NULL) {printf(%d - , current-data);current current-next;}printf(NULL\n);
}int main() {List myList;initList(myList);appendToList(myList, 1);appendToList(myList, 2);appendToList(myList, 3);printList(myList);clearList(myList);printList(myList);return 0;
}运行后在终端显示以下内容
接口实现
接口是ADT与用户之间的桥梁。它规定了用户可以如何访问和操作ADT中的数据而不涉及数据的内部表示。在C语言中接口通常通过头文件.h文件来定义其中包含了数据类型的声明和函数原型的声明。实现接口意味着为ADT定义具体的操作。这些操作在C语言中通过函数来实现。函数的定义通常放在源文件.c文件中并且这些函数会操作ADT的内部数据。 这里通过定义一个栈的ADT来实现数据封装并通过接口来访问栈的操作。 步骤如下 定义栈的ADT在头文件中声明栈的结构体和函数原型。 实现栈的操作在源文件中定义栈的操作函数。 使用栈的ADT在主程序中通过接口来操作栈。
先定义一个栈操作的头文件
// stack.h
#ifndef STACK_H
#define STACK_H// 定义栈的ADT
typedef struct {int* data;int top;int capacity;
} Stack;// 栈的操作函数原型
void initStack(Stack* stack);
int isStackEmpty(Stack* stack);
void push(Stack* stack, int value);
int pop(Stack* stack);
int peek(Stack* stack);
void clearStack(Stack* stack);#endif在编写一个用来实现栈操作的C语言文件
// stack.h
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include stack.h// 栈的内部表示
struct Stack {int* data;int top;int capacity;
};// 初始化栈
void initStack(Stack* stack) {stack-data (int*)malloc(100 * sizeof(int));stack-top -1;stack-capacity 100;
}// 检查栈是否为空
int isStackEmpty(Stack* stack) {return stack-top -1;
}// 压栈
void push(Stack* stack, int value) {if (stack-top stack-capacity - 1) {stack-data[stack-top] value;} else {// 如果栈满输出提示printf(被填满了\n);}
}// 出栈
int pop(Stack* stack) {if (!isStackEmpty(stack)) {return stack-data[stack-top--];} else {// 栈空处理栈下溢返回特殊值表示错误return -1; // -1不是栈中的有效值}
}// 查看栈顶元素
int peek(Stack* stack) {if (!isStackEmpty(stack)) {return stack-data[stack-top];} else {return -1; }
}// 清空栈
void clearStack(Stack* stack) {free(stack-data);stack-top -1;stack-capacity 0;
}最后编写出主文件
// main.c
#include stdio.h
#include stack.hint main() {Stack myStack;initStack(myStack);push(myStack, 10);push(myStack, 20);push(myStack, 30);printf(栈顶部的元素是 %d\n, peek(myStack));while (!isStackEmpty(myStack)) {printf(弹出的元素是 %d\n, pop(myStack));}clearStack(myStack);return 0;
}代码运行后在终端输出以下内容
队列ADT
队列是一种先进先出FIFO的线性表它只允许在表的一端进行插入队尾在另一端进行删除队头任务按照它们被添加到队列中的顺序被调度执行。
队列ADT的操作步骤如下 入队EnQueue 将一个元素添加到队列的末尾队尾。 这是队列的核心操作之一用于在队列中插入新元素。 出队DeQueue 从队列的开头队头移除一个元素并返回该元素的值。 出队操作遵循先进先出FIFO的原则即最先入队的元素最先被移除。 判空QueueEmpty 检查队列是否为空。 这是一个常用的辅助操作用于确定队列中是否还有元素。 获取队头元素GetHead 或 Front 返回队列开头元素的值但不移除该元素。 这允许用户查看队列的当前状态而不改变队列的内容。 队列长度QueueLength 返回队列中元素的数量。 这个操作对于需要知道队列大小的情况非常有用。 清空队列ClearQueue 移除队列中的所有元素使队列变为空。 这在需要重置队列或释放内存时很有用。 销毁队列DestroyQueue 释放队列所占用的所有资源包括内存。 这是在队列不再需要时进行的清理操作。
以下代码运行后程序会提示用户输入队列元素的数量然后输入具体的元素。接着程序会遍历队列、出队一个元素、获取队头元素、显示队列长度并判断队列是否为空。最后销毁队列。
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include stdbool.htypedef int QElemType;typedef struct QNode {QElemType data;struct QNode* next;
} QNode, *QueuePtr;typedef struct {QueuePtr front;QueuePtr rear;
} LinkQueue;// 初始化队列
bool InitQueue(LinkQueue* q) {if (!q) {printf(队列不存在!\n);return false;}q-front q-rear (QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));if (!q-front) {printf(内存分配失败!\n);return false;}q-front-next NULL;return true;
}// 销毁队列
bool DestroyQueue(LinkQueue* queue) {if (!queue) {printf(队列不存在!\n);return false;}while (queue-front ! NULL) {queue-rear queue-front-next;free(queue-front);queue-front queue-rear;}return true;
}// 清空队列
bool ClearQueue(LinkQueue* q) {if (!q) {printf(队列不存在!\n);return false;}QueuePtr p q-front-next, tmp;while (p) {tmp p-next;free(p);p tmp;}q-front q-rear;return true;
}// 判断队列是否为空
bool QueueEmpty(LinkQueue q) {if (!q) {printf(空队列!\n);return false;}if (q.front q.rear) {return true;}return false;
}// 插入元素e为q的新队尾元素
bool EnQueue(LinkQueue* q, QElemType e) {QueuePtr p (QueuePtr)malloc(sizeof(QNode));if (!p) {printf(内存分配失败!\n);return false;}p-data e;p-next NULL;q-rear-next p;q-rear p;return true;
}// 出队
bool DeQueue(LinkQueue* q, QElemType* e) {if (!q) {printf(队列不存在!\n);return false;}if (QueueEmpty(*q)) {printf(空队列!\n);return false;}QueuePtr p q-front-next;*e p-data;q-front-next p-next;if (q-front q-rear) {q-rear q-front;}free(p);return true;
}// 获取队首元素
bool GetHead(LinkQueue q, QElemType* e) {if (!(q)) {printf(队列不存在!\n);return false;}if (QueueEmpty(q)) {printf(空队列!\n);return false;}*e q.front-next-data;return true;
}// 队列长度
int QueueLength(LinkQueue q) {if (!q) {printf(队列不存在!\n);return 0;}int len 0;QueuePtr p q.front-next;while (p) {len;p p-next;}return len;
}// 遍历队列
void QueueTraverse(LinkQueue q) {if (!(q)) {printf(队列不存在!\n);return;}if (QueueEmpty(q)) {printf(队列为空!\n);return;}QueuePtr p q.front-next;while (p) {printf(%d , p-data);p p-next;}printf(\n);
}int main() {LinkQueue que;QElemType data;int n;if (!InitQueue(que)) {return 1;}printf(输入队列元素数量:\n);scanf(%d, n);printf(输入队列中元素:\n);while (n--) {scanf(%d, data);EnQueue(que, data);}printf(遍历队列:\n);QueueTraverse(que);if (DeQueue(que, data)) {printf(出队元素: %d\n, data);}if (GetHead(que, data)) {printf(队头元素: %d\n, data);}printf(队列长度: %d\n, QueueLength(que));if (QueueEmpty(que)) {printf(队列为空!\n);} else {printf(队列不为空!\n);}DestroyQueue(que);return 0;
}代码运行后显示
