C Primer+Plus（十七）高级数据表示（一）

第十七章 高级数据表示（一）

一、抽象数据类型

抽象数据类型(abstract data type:ADT)是指由用户依据实际需求所创建的某种数据类型，它可以是C语言中的任何数据类型，甚至是基本类型，或数组，复杂的就会用到结构。

为何说是抽象？是因为ADT并不会是固定某种数据类型，而是依据实际应用需求中提炼出来的某种数据类型的表达方式。

那么，如何定义一种ADT呢？

在C语言里，定义一种数据类型，包括两方面：一方面是数据存储方式的描述（对取值的限定），另外一方面是对该类型的可使用的操作的定义。

比如：定义一个int型数据a，则表示a取值范围是-32768～32767中的整数；同时a可以使用所有对整型数据的操作。

依据上述，创建一个ADT，包括以下两大方面：1、描述该ADT的存储方式；2、定义其可使用的操作。

具体可分为一下两个步骤：

1、定义数据类型和并描述该数据类型可进行的操作。

//假设ADT为typea
typedef something typea; //类型定义

//可使用的操作集定义

//操作1定义
//操作1描述
void f1(typea *a);

//操作2定义
//操作2描述
void f2(typea *a);

....

 

2、定义操作（编写代码实现）。

对于上例即是编写代码实现f1和f2函数功能。

 

二、利用ADT来实现一个关于电影列表的工程

1、数据的定义和描述

为简化代码，设置每个电影项目有两个成员：影片名称和打分。则对于每个项目的定义描述如下：

struct film
{
   char name[20];
   int rating;
};

接下来要做的工作是，如何将所有项目链接组合起来，或者叫“形成一个数据堆”？可以通过数组的方式：

struct film filmpro[100];

数组的实现有其优势：可随机访问，但也有其缺点：先前就限定了数据堆的空间大小，可能造成浪费也可能空间不足（数组空间的分配是在编译时候就进行了），同时若要向数组中间添加新项目，则会使其后面的数组元素都进行调整（除非数组非满且在最后添加）。

因此这里我们选用单链表方式去实现这个“数据堆”,首先描述这个“数据堆”中的每一个元素，成为“节点”：

struct node
{
   struct film filmpro;
   struct node *pnode;
};

接下来描述这个数据堆，该如何描述？本例中数据堆是一个单链表形式，那么要形容这个数据堆，必须描述其起始的位置，即首节点的地址。

struct node *list;

 当然，依据实际需求，也可以增加其他成员，比如增加描述这个数据堆的项目数量：

struct list
{
  struct node *plist;
  int node_number;
};

那么至此，一个完整对该电影工程的抽象数据定义如下：

struct film
{
   char name[20];
   int rating;
};
struct node
{
   struct film filmpro;
   struct node *pnode;
};
struct node *list;

这里要明确理解这三个定义之间的关系，首先film是依据实际应用提炼出的数据的定义表示；再次在这个数据定义表示之后，要用一种方式将所有的数据组合成一个“数据堆”，那要能表示这数据堆中每一个元素，而这时这每一个元素不仅仅是先前的film数据，它要能包含film，同时又能表示其与数据堆中其他元素的关系，即定义一个node数据；最后我要对这整个数据堆进行定义，这里定义描述选择了最简单的一个情况：即描述指向数据堆首节点的地址，因此表示数据堆的数据类型为node *型。

我们可以通过修改第一个定义，依据实际情况改变我们对提炼数据的定义；可以通过修改第二个node定义，修改我们组合数据的方式；可通过修改第三个list修改我们描述这数据堆的方式。

但上面的代码还不算最完善，我们可以使用typedef,同时通过有含义的类型名使其各部分定义更清晰一些。

typedef struct item
{
   char name[20];
   int rating;
}Item;
typedef struct node
{
   struct film filmpro;
   struct node *pnode;
}Node;
typedef Node *List;

 这里一定要清楚：List虽然定义上是指向Node的指针类型，但实质上按我们的需求，List是形容一个“数据堆”的，这里即是指向一个列表的，只不过我们通过指向列表首节点来描述它。

接下来，创建一个依据该ADT定义的电影列表的实例：

List movies;
//简直是简单而清爽啊

 

2、创建完这个电影实例的ADT模型List后，接下来考虑实际我们需要哪些操作？先去描述这些操作，再通过函数去实现他们。而且这些操作对于所有List型数据都应该是通用的。

（1）初始化List：列表通过描述首节点地址来描述整个列表，那么直接使其指向空，即可实现,因为该函数要改变列表，所以用指针传递：

void InitializeList(List *plist)
{
   *plist=NULL;
}

（2）判断列表是否为空：若列表指向首节点地址为空，则列表为空。这里仅是判断，不改变列表，因此不应该传递指针，而直接用列表值传递：

int ListIsEmpty(List list)
{
   if(list==NULL)
      return 1;
   else 
      return 0;
}

这里也可以使用const保护，来通过传递指针实现函数功能：

int ListIsEmpty(const List *plist)
{
    if(*plist==NULL)
       return 1;
    else return 0;
}

(3)判断列表是否为满：这里因为列表List的定义中只有首节点地址，而没有限定列表最大节点数目。因此这里判断列表是否为满，实质是判断系统可否为列表继续分配内存空间来存放其节点。所以这里函数也是不改变列表本身的,甚至是不涉及列表，因此下面代码其实也是可以不传参的。

int ListIsFull(const List *plist)
{
   Node *newnode;
   newnode=(Node*)malloc(sizeof(Node));
   if(newnode==NULL)   //malloc false
        return 1;
   else                //malloc succeed
        return 0;
   free(newnode);
}

（4）计算列表中节点数量

int ListItemCount(const List *plist)
{
   Node *look;
   int n=0;
   look=*plist;
   while(look!=NULL)
   {
      look=look->next;
      n++;
   }
   return n;
}

(5)在列表尾部添加一个项目

int AddItem(Item item,List *plist)
{
   Node *look;
   Node *newnode;
   look=*plist;

  newnode=(Node*)malloc(sizeof(Node));
  if(newnode==NULL)
      return 0;
   while(look!=NULL)
      look=look->next;
   look=newnode;
   look->item=item;
   look->next=NULL;
   return 1;
}

(6)释放列表内存空间

void EmptyList(List *plist)
{
   Node *look;
   while((*plist)!=NULL)
   {
      look=*plist;
      *plist=*plist->next;
      free(look);
    }
}