链表的替代品Vector组件介绍

概述

在之前的一篇文章中，作者写了一个事件组件-- 超精简的订阅发布事件组件--SPEvent，这个组件是采用链表建立所有事件节点的关系的。

链表的优缺点：

优点：①链表上的元素在空间存储上内存地址不连续；②在插入和删除操作时，只需要修改被删节点上一节点的链接地址，不需要移动元素；

缺点：①没有解决连续存储分配带来的表长难以确定的问题；②失去了顺序存储结构随机存取的特性；③不能通过数学表达式计算被查找元素的内存地址，每一次查找都是从头节点开始遍历，直到找到为止。

SPEvent实际不会存在删改的动作，显然链表的优点在这个组件中无法体现优势。而实际顺利存储更能满足SPEvent的业务及能力，那么有什么方式能做到这个操作了？答案肯定是有的，有一个好组件(Vector)正好可以解决掉这个问题。

Vector组件--向量；这个名称一点也不陌生，比如我们单片机开发中常常听到中断向量表，它是通过地址查找对应中断服务函数；而Vector组件也有点类似这个概念，它可以通过名称、类型查找对象。

Vector组件的优势可以应用像SPEvent这类组件中，如：SPEvent就可以通过Event类型去查找事件节点。那么Vector是怎么实现的？？

Vector组件

Vector组件--它是类似于链表拥有的能力，是一种动态数组存储组件，Vector组件拥有的能力如下：

提供了顺序存储的能力，并且能够动态增大顺序存储空间；

提供了增加对象能力，查找对象能力。

提供获取顺序存储空间能力，获取对象个数能力。

采用KEY-VALUE的特性开查找对象。

Vector接口说明：

接口	描述
Vector VECTOR_Make(VECTOR_Key key, VECTOR_Compare compare)	创建Vector列表对象，用户根据业务注册VECTOR_Key方法和VECTOR_Compare方法
void VECTOR_Clear(Vector *vector)	清空Vector列表对象，并释放存储数据空间
int16_t VECTOR_Add(Vector *vector, void *element)	添加元素到Vector列表对象
int16_t VECTOR_Size(Vector *vector)	获取Vector列表对象的元素个数
int16_t VECTOR_Num(Vector *vector)	获取Vector列表对象的元素记录数目
void *VECTOR_At(Vector *vector, int16_t index)	根据下标获取Vector列表对象的元素
void *VECTOR_Swap(Vector *vector, int16_t index, void *element)	替换指定下标的Vector列表对象的元素
int16_t VECTOR_Find(Vector *vector, const void *element)	通过元素从Vector列表对象中查找对应下标
int16_t VECTOR_FindByKey(Vector *vector, const void *key)	通过键从Vector列表对象中查找对应下标

Vector实现：

数据结构：每一个存储列表都需要构造一个Vector结构体对象，用于存储元素对象。

//vector.h
#defineGROW_STEP4

#defineINVALID_INDEX(-1)
typedefvoid*(*VECTOR_Key)(constvoid*);//应用层提供KEY-VALUE获取方法，泛类型
typedefint(*VECTOR_Compare)(constvoid*,constvoid*);//应用层提供比较函数，泛类型

typedefstructSimpleVector{
int16_tmax;//vector所能存储的最大数据记录数目
int16_ttop;//vector当前已经存储的数据的峰值数目
int16_tfree;//vector已经被释放的数据记录数目
void**data;//vector存储数据指针
VECTOR_Keykey;//将数据元素转换为用于比较的键。方法由用户提供
VECTOR_Comparecompare;//将用于比较键值。方法由用户提供
}Vector;

Vector列表对象构造方法：其中max，top，free初始状态都为0。

VectorVECTOR_Make(VECTOR_Keykey,VECTOR_Comparecompare)
{
Vectorvector={0,0,0,NULL,key,compare};
returnvector;
}

Vector列表对象清除方法：将Vector列表对象的数据元素空间释放，并将max，top，free清0。

voidVECTOR_Clear(Vector*vector)
{
if(vector==NULL){
return;
}
if(vector->data==NULL){
return;
}
free(vector->data);
vector->max=0;
vector->top=0;
vector->free=0;
vector->data=NULL;
}

Vector列表对象增加元素方法：

存储方式：采用顺序存储方式

存储空间扩展策略：通过GROW_STEP的来决定没存储多少个元素来动态扩展空间；描述：如GROW_STEP的值为4，每次申请4个空间进行存储，如果存储元素个数小于4个，不会重新申请空间；如果元素个数个数超过4个，那么将重新申请4个空间。以此类推。优点：减少每次增加元素都要重新申请空间，提高了效率。

int16_tVECTOR_Add(Vector*vector,void*element)
{
if(vector==NULL||element==NULL){
returnINVALID_INDEX;
}

if(vector->top>=vector->max){
int16_ti;
for(i=vector->top-(int16_t)1;i>=0;--i){
if(vector->data[i]==NULL){
vector->data[i]=element;
vector->free--;
returni;
}
}

if(vector->max+GROW_STEP< 0) {
            return INVALID_INDEX;
        }

        void **data = (void **)malloc(sizeof(void *) * (vector->max+GROW_STEP));
if(data==NULL){
returnINVALID_INDEX;
}

if(vector->data!=NULL){
(void)memcpy(data,vector->data,sizeof(void*)*vector->max);
free(vector->data);
}
vector->data=data;
vector->max+=GROW_STEP;
}

vector->data[vector->top]=element;
returnvector->top++;
}

Vector列表对象根据下标过去对象方法：Vector可以直接通过顺序表的策略，直接通过下标获取元素；相对于链表来说，效率更加有优势。

void*VECTOR_At(Vector*vector,int16_tindex)
{
if(vector==NULL||vector->top<= index || index < 0) {
        return NULL;
    }

    return vector->data[index];
}

Vector列表对象根据下标替换对象方法：Vector可以直接通过顺序表的策略，直接通过下标修改元素；相对于链表来说，效率更加有优势。

void*VECTOR_Swap(Vector*vector,int16_tindex,void*element)
{
if(vector==NULL||vector->top<= index || index < 0) {
        return NULL;
    }
    if (element == NULL) {
        vector->free++;
}
void*oldElement=vector->data[index];
vector->data[index]=element;
returnoldElement;
}

Vector列表对象根据元素查找对应下标方法：最终也是调用VECTOR_FindByKey方法。

int16_tVECTOR_Find(Vector*vector,constvoid*element)
{
if(vector==NULL||element==NULL){
returnINVALID_INDEX;
}
returnVECTOR_FindByKey(vector,(vector->key==NULL)?element:vector->key(element));
}

Vector列表对象根据键查找对应下标方法：遍历整个Vector列表，查询对应的key值，并返回对应下边。

int16_tVECTOR_FindByKey(Vector*vector,constvoid*key)
{
if(vector==NULL||key==NULL){
returnINVALID_INDEX;
}

int16_ti;
for(i=0;i< vector->top;++i){
if(vector->data[i]==NULL){
continue;
}

void*first=(vector->key!=NULL)?vector->key(vector->data[i]):vector->data[i];
if(first==key){
returni;
}

if(vector->compare==NULL||first==NULL){
continue;
}

if(vector->compare(first,key)==0){
returni;
}
}
returnINVALID_INDEX;
}

Vector列表对象中元素个数获取方法：

int16_tVECTOR_Size(Vector*vector)
{
if(vector==NULL){
returnINVALID_INDEX;
}
returnvector->top;
}

Vector列表对象中元素记录数目获取方法：

int16_tVECTOR_Num(Vector*vector)
{
if(vector==NULL){
returnINVALID_INDEX;
}
returnvector->top-vector->free;
}

Vector使用：

定义一个元素结构体（vector_test），包含两个字段：name和data，其中name可以作为元素对象的唯一标识。

定义两个vector_test变量，youyeetoo1和youyeetoo2。

我们这个demo是采用name作为唯一标识，需要顶一个函数用于获取vector_test变量的name字段成员的值，作为VECTOR_Key指向函数。

通过VECTOR_Make构造一个vector对象。其中VECTOR_Key指向vector_name_get函数作为key获取，VECTOR_Compare指向strcmp函数用于key（name字符串）的比较。

通过VECTOR_Add向vector对象增加元素youyeetoo1和youyeetoo2。

通过VECTOR_FindByKey从vector对象查找元素对象下标。如：key为"rice"的元素对象下标。

通过VECTOR_FindByKey获取的pos，调用VECTOR_At获取元素对象。

验证：根据获取元素对象调用其成员，确定是否成功。

#include"vector.h"

Vectoryouyeetoo_vector;

typedefstruct{
char*name;
intdata;
}vector_test;

vector_testyouyeetoo1={"rice",100};
vector_testyouyeetoo2={"youyeetoo",100};

constchar*vector_name_get(vector_test*test)
{
returntest->name;
}

intmain(void)
{
youyeetoo_vector=VECTOR_Make(vector_name_get,strcmp);

VECTOR_Add(&youyeetoo_vector,&youyeetoo1);
VECTOR_Add(&youyeetoo_vector,&youyeetoo2);

int16_tpos=VECTOR_FindByKey(&youyeetoo_vector,"rice");

printf("pos:%d
",pos);

vector_test*youyeetoo_temp=VECTOR_At(&youyeetoo_vector,pos);

printf("name:%s
",youyeetoo_temp->name);

returnRT_EOK;
}

结果：

审核编辑：刘清