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c vector

发布时间：2025-04-27 08:11:10 点击量：16

C语言中的向量（Vector）实现

在C语言中，向量（Vector）是一种动态数组，它可以根据需要自动调整大小。与静态数组不同，向量可以在运行时动态地增加或减少其容量，这使得它在处理不确定数量的数据时非常有用。本文将详细介绍如何在C语言中实现一个简单的向量，并讨论其基本操作和实现细节。

1. 向量的基本概念

向量是一种线性数据结构，它允许在任意位置插入和删除元素。与数组相比，向量的主要优势在于其动态性。在C语言中，由于没有内置的向量类型，我们需要手动实现一个向量结构。

2. 向量的结构定义

首先，我们需要定义一个结构体来表示向量。这个结构体通常包含以下几个成员：

数据指针：指向存储元素的数组。
容量：当前向量可以存储的*元素数量。
大小：当前向量中实际存储的元素数量。

typedef struct {
    int *data;      // 指向存储元素的数组
    size_t size;    // 当前向量中元素的数量
    size_t capacity; // 当前向量的容量
} Vector;

3. 向量的初始化

在使用向量之前，我们需要对其进行初始化。初始化函数将分配初始内存并设置向量的初始容量和大小。

void vector_init(Vector *vec, size_t initial_capacity) {
    vec->data = (int *)malloc(initial_capacity * sizeof(int));
    if (vec->data == NULL) {
        fprintf(stderr, "Memory allocation failed\n");
        exit(1);
    }
    vec->size = 0;
    vec->capacity = initial_capacity;
}

4. 向量的销毁

当向量不再需要时，我们应该释放其占用的内存。销毁函数将释放数据指针并重置向量的成员。

void vector_destroy(Vector *vec) {
    free(vec->data);
    vec->data = NULL;
    vec->size = 0;
    vec->capacity = 0;
}

5. 向量的扩容

当向量的元素数量达到其容量时，我们需要扩展其容量以容纳更多的元素。扩容函数将分配一个新的更大的数组，并将旧数组中的元素复制到新数组中。

void vector_resize(Vector *vec, size_t new_capacity) {
    int *new_data = (int *)realloc(vec->data, new_capacity * sizeof(int));
    if (new_data == NULL) {
        fprintf(stderr, "Memory allocation failed\n");
        exit(1);
    }
    vec->data = new_data;
    vec->capacity = new_capacity;
}

6. 向量的基本操作

6.1 插入元素

向量的插入操作可以在任意位置插入一个元素。如果插入后向量的大小超过其容量，则需要先进行扩容。

void vector_insert(Vector *vec, size_t index, int value) {
    if (index > vec->size) {
        fprintf(stderr, "Index out of bounds\n");
        exit(1);
    }
    if (vec->size == vec->capacity) {
        vector_resize(vec, vec->capacity * 2);
    }
    for (size_t i = vec->size; i > index; i--) {
        vec->data[i] = vec->data[i - 1];
    }
    vec->data[index] = value;
    vec->size++;
}

6.2 删除元素

向量的删除操作可以从任意位置删除一个元素。删除后，我们需要将后续元素向前移动以填补空缺。

void vector_erase(Vector *vec, size_t index) {
    if (index >= vec->size) {
        fprintf(stderr, "Index out of bounds\n");
        exit(1);
    }
    for (size_t i = index; i < vec->size - 1; i++) {
        vec->data[i] = vec->data[i + 1];
    }
    vec->size--;
}

6.3 获取元素

获取元素操作允许我们通过索引访问向量中的元素。

int vector_get(Vector *vec, size_t index) {
    if (index >= vec->size) {
        fprintf(stderr, "Index out of bounds\n");
        exit(1);
    }
    return vec->data[index];
}

6.4 修改元素

修改元素操作允许我们通过索引修改向量中的元素。

void vector_set(Vector *vec, size_t index, int value) {
    if (index >= vec->size) {
        fprintf(stderr, "Index out of bounds\n");
        exit(1);
    }
    vec->data[index] = value;
}

6.5 获取向量的大小

获取向量的大小操作返回当前向量中元素的数量。

size_t vector_size(Vector *vec) {
    return vec->size;
}

6.6 获取向量的容量

获取向量的容量操作返回当前向量的容量。

size_t vector_capacity(Vector *vec) {
    return vec->capacity;
}

7. 示例代码

以下是一个简单的示例，展示了如何使用上述函数来操作向量。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// 向量结构定义和函数声明（省略）

int main() {
    Vector vec;
    vector_init(&vec, 2);

    vector_insert(&vec, 0, 10);
    vector_insert(&vec, 1, 20);
    vector_insert(&vec, 2, 30);

    printf("Vector size: %zu\n", vector_size(&vec));
    printf("Vector capacity: %zu\n", vector_capacity(&vec));

    for (size_t i = 0; i < vector_size(&vec); i++) {
        printf("%d ", vector_get(&vec, i));
    }
    printf("\n");

    vector_erase(&vec, 1);

    for (size_t i = 0; i < vector_size(&vec); i++) {
        printf("%d ", vector_get(&vec, i));
    }
    printf("\n");

    vector_destroy(&vec);

    return 0;
}