1. 概述

數據結構定義:

我們如(rú)何把現實中大量而複雜的(de)問題以特定的(de)數據類型和(hé)特定的(de)存儲結構保存到主存儲器(內(nèi)存)中,以及在此基礎上為(wèi)實現某個功能(如(rú)元素的(de)CURD、排序等)而執行的(de)相應操作，

這個相應的(de)操作也叫算法。

數據結構 = 元素 + 元素的(de)關系

算法 = 對數據結構的(de)操作

算法:

算法就是：解決問題的(de)方法和(hé)步驟

衡量算法有如(rú)下标準:

1.時間複雜度

程序要執行的(de)次數，并非執行時間

2.空間複雜度

算法執行過程中大概要占用的(de)最大內(nèi)存

3.難易程度(可(kě)讀性)

4.健壯性

2. 數據結構的(de)特點和(hé)地(dì)位

地(dì)位:

數據結構處于軟件中核心的(de)地(dì)位。

如(rú)計算機內(nèi)存中棧和(hé)堆的(de)區别，不懂數據結構的(de)人可(kě)能會認為(wèi)內(nèi)存就是分兩大部分，一(yī)塊叫棧，一(yī)塊叫堆，顯然這是非常膚淺且不正确的(de)結論。

實際上如(rú)果一(yī)塊內(nèi)存是以壓棧出棧的(de)方式分配的(de)內(nèi)存，那麽這塊內(nèi)存就叫棧內(nèi)存，如(rú)果是以堆排序的(de)方式分配的(de)內(nèi)存，那麽這塊內(nèi)存就叫堆內(nèi)存，其最根本的(de)區别還是其內(nèi)存分配

算法的(de)不同。

例如(rú)，函數的(de)調用方式也是通過壓棧出棧的(de)方式來調用的(de)，或者操作系統中多線程操作有隊列的(de)概念，隊列用于保證多線程的(de)操作順序，這也是數據結構裏面的(de)內(nèi)容、或者計算機

編譯原理(lǐ)裏面有語法樹的(de)概念，這實際上就是數據結構裏面的(de)樹，比如(rú)軟件工程、數據庫之類都有數據結構的(de)影子(zǐ)。

特點:

數據結構修煉的(de)是內(nèi)功，并不能直接立竿見影的(de)可(kě)以解決現實問題，但是有了這門內(nèi)功會在其他方面的(de)學(xué)習中對你大有益處。

3. 預備知識（C語言）

學(xué)習數據結構應該具備如(rú)下知識：

指針

結構體

動态內(nèi)存的(de)分配和(hé)釋放

跨函數使用內(nèi)存

本小節主要介紹學(xué)習數據結構應該有的(de)基礎，并對相關知識稍作講解。

指針

指針是 C語言 的(de)靈魂，重要性不需多言。

指針定義

地(dì)址：

地(dì)址是內(nèi)存單元的(de)編号

其編号是從 0 開始的(de)非負整數

範圍： 0 -- 0xFFFFFFFF (2^32 - 1)  注：此指x86平台，x64平台下最大內(nèi)存地(dì)址為(wèi) (2^64 - 1)

指針：

指針就是地(dì)址，地(dì)址就是指針。

指針變量是存放內(nèi)存單元地(dì)址的(de)變量,它內(nèi)部保存的(de)值是對應的(de)地(dì)址,地(dì)址就是內(nèi)存單元的(de)編号(如(rú)內(nèi)存地(dì)址值：0xffc0)。

指針的(de)本質是一(yī)個操作受限的(de)非負整數

在計算機系統中，CPU 可(kě)以直接操作內(nèi)存，關于 CPU 對內(nèi)存的(de)操作與控制原理(lǐ)可(kě)以簡單理(lǐ)解如(rú)下圖

地(dì)址線 ： 确定操作哪個地(dì)址單元

控制線 ： 控制該數據單元的(de)讀寫屬性

數據線 ： 傳輸 CPU 和(hé)內(nèi)存之間的(de)數據

指針的(de)分類

1.基本類型的(de)指針

int i = 10;  // 定義一(yī)個 整形變量 i 初始值 10
int *p = i;  // 定義一(yī)個 整形的(de)指針變量 p , 變量 p 指向 i 的(de)地(dì)址    
int *p;      // 這兩行等價于上面一(yī)行
p = &i;
1. p 存放了 i 的(de)地(dì)址，我們就可(kě)以說“ p 指向了 i” ，但 p 和(hé) i 是兩個不同的(de)變量，修改一(yī)方不會影響另一(yī)個的(de)值。
2. *p 等價于 i ，i 等價于 *p;兩者是一(yī)塊內(nèi)存空間，裏面的(de)值一(yī)變具變。

2.指針和(hé)函數

// 修改外部實參的(de)值
void func(int * p)
{
    *p = 100;   // 函數內(nèi)修改外部變量的(de)值   
}
// 修改外部實參的(de)值，二級指針的(de)值
void func2(int ** p)
{
    *p = 100;   
    // 函數內(nèi)修改外部變量的(de)值 ，這裏實際修改的(de)是指針的(de)內(nèi)部的(de)地(dì)址，這裏直接自(zì)己修改并不嚴謹也不安全，隻是為(wèi)了表達意思  
}
int main(void)
{
    // 修改外部實參
   int i = 10;
   func(&i);
   printf("i = %d",i);
   // 修改外部二級指針
   int *p = i; // 等價于 int *p; p = &i;
   func(&p);
   printf("i = %d",i);
   return 0;
}
// 通過函數調用，改變函數外部變量（實參）的(de)值

3.指針和(hé)數組

【指針】 和(hé) 【一(yī)維數組】

int a[5] = {1,2,3,4,5 };
 a[3] == *(a + 3)  
 // 等價于 a[3] == *(3 + a) == 3[a];
 // 3[a] 這種寫法隻是不常用，從原理(lǐ)上來說是正确的(de) a 等價于 a[0];
 // a 是數組中第一(yī)個元素，每個元素占用內(nèi)存單位長(cháng)度相同，
 // a[i] 中的(de) i 實際代表的(de)是單位長(cháng)度的(de)倍數

數組名:

　一(yī)維數組名是個指針常量(它的(de)值不可(kě)變)

它存放的(de)是該一(yī)維數組的(de)第一(yī)個元素的(de)地(dì)址(一(yī)維數組名指向其第一(yī)個元素)

下标和(hé)指針的(de)關系:

(1)、 a[i] 等價于 *(a + i)

(2)、假設指針變量的(de)名字為(wèi) p,

則 p + i 的(de)值為(wèi) p + i * (p 所指向的(de)變量所占字節數)

(3)、每個下标表示的(de)是第 i+1 個元素，根據元素類型分配的(de)字節長(cháng)度不同(int 類型4個字節)，每個字節都有對應的(de)內(nèi)存地(dì)址編号，指針變量 p 保存的(de)是該元素首字節的(de)地(dì)址。

指針變量的(de)運算:　

指針變量不能相加、相乘、相除

如(rú)果兩指針變量屬于同一(yī)數組，則可(kě)以相減

指針變量可(kě)以加減一(yī)個整數，前提是最終結果不能超過指針最大可(kě)訪問範圍

// 指針變量的(de)運算
p + i 的(de)值是 p + i*(所指向的(de)變量所占字節數)
p - i 的(de)值是 p - i*(所指向的(de)變量所占字節數)
p++   等價于 p + 1
p--   等價于 p - 1
// 下面是一(yī)個通過函數修改數組內(nèi)部元素
void my_Array(int *a , int length)
{
    for(int i = 0; i < length; i++)
    {
        *a[i]++;  // 給每個元素加 1
    }
}
int main(void){
    int a[5] = {1,2,3,4,5};
    my_Array(a , 5); // 調用
}

結構體

為(wèi)什麽會出現結構體、

為(wèi)了表示一(yī)些複雜的(de)數據，而普通的(de)基本數據無法滿足要求.

什麽叫結構體

結構體是用戶根據實際需要，自(zì)己定義的(de)複合數據類型

// 如(rú)學(xué)生類型
struct Student{
   int age;
   char * name; // name 不同，賦值方法不同
   char name2[100]; // 這個隻能 strcpy(s.name2, "zhangwangdsd"); 字符串拷貝
   double height;
};

如(rú)何使用結構體

總結起來有兩種結構體的(de)使用方式：直接使用 && 通過指針使用

struct Student ss = {12,"xiaoyou",1.73,"xiaozhang"};

struct Student *pst = &ss;

ss.name ;  這裏直接操作結構體本身

pst -> name ;   這裏通過指針地(dì)址操作，更加節省空間

struct Student{ // 自(zì)定義結構體
    int age;
    char * name;
    double height;
    char name2[100];
};
int main(void) {
   struct Student s = {12,"xiaoyou",1.73,"xiaozhang"};
// 直接使用
   printf(" age = %d 
 name = %s 
 height = %.2f 
",s.age,s.name,s.height);
   s.age = 21;
   s.name = "xiaozhu";
   strcpy(s.name2, "zhangwangdsd");  // 字符串拷貝
   s.height = 1.70;
   printf(" age = %d 
 name = %s 
 height = %.2f 
 %s 
",s.age,s.name,s.height,s.name2);
   // 以指針的(de)方式使用
   struct Student *pst = &ss;
   pst -> name = "my new name";
   printf(" name = %s
",pst->name);
   printf(" name = %s
",(*pst)->name);
// pst -> name 等價于 (*pst).name ,
// 而(*pst).name 又等價于 ss.name
// 所以 pst -> name 等價于 ss.name
   return 0;
}

注意事項

結構體變量的(de)類型為(wèi)： struct Student

結構體變量不能加減乘除，但是能夠相互賦值

普通結構體變量和(hé)結構體指針變量作為(wèi)函數傳參的(de)問題

typedef struct Student{ // 結構體定義
    int age;
    char * name;
    char name2[100];
    double height;
}myStudent;
// 直接傳遞整個結構體數據，耗時 && 浪費內(nèi)存空間
void func(struct Student st);
// 直接傳遞 隻占用 4 byte 的(de)指針，省時效率也高(gāo) <推薦用法>
void func2(struct Student * pst);
int main(void){
    myStudent ss = {12,"xiaoyou",1.73};
    func(ss);
    func2(&ss);
    return 0;
}
void func(struct Student st){
    printf("age = %d 
 name = %s",st.age,st.name);
}
void func2(struct Student * pst){
    printf("age = %d 
 name = %s",(*pst).age,(*pst).name);
    printf("age = %d 
 name = %s",pst->age,pst->name);
}

動态內(nèi)存分配和(hé)釋放

平時直接創建數組的(de)寫法都是靜态創建，創建完畢之後在整個程序的(de)運行過程中，會固定占用對應的(de)內(nèi)存，不僅會造成內(nèi)存空間浪費，還無法動态添加元素，所以局限性很大，而

程序中我們為(wèi)了避免這種情況，應該使用動态的(de)方式創建和(hé)銷毀數組。

// 靜态創建數組
int a[5] = {1,2,3,4,5};

動态構造一(yī)維數組

動态構造一(yī)個 int 型的(de)一(yī)維數組。

int *p = (int *)malloc(int length);
1. void * malloc(size_t __size) 函數,隻有一(yī)個 int 類型的(de)形參，表示要求系統分配的(de)字節數
2. malloc 函數的(de)功能是請求系統 length 個字節的(de)內(nèi)存空間，如(rú)果請求完成則返回的(de)是第一(yī)個字節的(de)地(dì)址，
    如(rú)果請求不成功，則返回NULL
3. malloc 函數能且隻能返回第一(yī)個字節的(de)地(dì)址，所以我們需要把沒有實際意義的(de)第一(yī)個字節地(dì)址（幹地(dì)址）轉化為(wèi)一(yī)個有實際意義的(de)地(dì)址，
    所以 malloc 前面必須加(數據類型 *)，表示把這個無意義的(de)地(dì)址轉化為(wèi)對應類型的(de)地(dì)址
    實例：
        int *p = (int *)malloc(50);
        表示将系統分配的(de) 50 個字節的(de)第一(yī)個字節的(de)地(dì)址轉化為(wèi) int 類型的(de)地(dì)址，準确的(de)說是轉化為(wèi) 4 個一(yī)組的(de)地(dì)址的(de)首地(dì)址，
        這樣 p 就指向了第一(yī)個四個字節··· p+i 就指向了第 i+1 個四個字節，p[0],p[i]也就分别是第一(yī)個，第i+1個元素。
        double *p = (double *)malloc(80);
        表示将系統分配的(de) 80 個字節的(de)第一(yī)個字節的(de)地(dì)址轉化為(wèi) double 類型的(de)地(dì)址，準确的(de)說是轉化為(wèi) 8 個一(yī)組的(de)地(dì)址的(de)首地(dì)址，
        這樣 p 就指向了第一(yī)個八個字節··· p+i 就指向了第 i+1 個八個字節，p[0],p[i]也就分别是第一(yī)個，第i+1個元素。
4. free(p);
    釋放 p 所指向的(de)內(nèi)存，而不是釋放 p 本身所占用的(de)內(nèi)存

代碼示例如(rú)下：

void test2(void)
{
    int len;
    printf("請輸入你要動态創建的(de)數組長(cháng)度:");
    scanf("%d",&len);
    int *pArr = (int *)malloc(len); // 動态創建數組
    *pArr = 4;      // 相當于 a[0] = 4;  這裏 pArr 就等于數組首地(dì)址，等于數組名
    pArr[2] = 5;    // 相當于 a[2] = 5;
    printf("pArr[0] = %d 
pArr[2] = %d
",pArr[0],pArr[2]);
    free(pArr);     // 使用完畢，釋放對應的(de)數組空間 
}

跨函數使用內(nèi)存

在函數內(nèi)部分配的(de)局部變量，在函數調用完成之後就會被系統回收，其內(nèi)存也會消失。但是程序中常常需要定義一(yī)塊內(nèi)存，當我們用完之後再會回收。如(rú) OC 語言中對象。所以需

要保存住分配的(de)內(nèi)存，應該用動态分配內(nèi)存，當用完之後再手動釋放。這也是C語言的(de)一(yī)個不足之處：內(nèi)存需要我們手動創建和(hé)手動釋放，這也是 OC 語言在開發 iOS 程序時候，

我們所講的(de)MRC。【蘋果也發現了這個不足，于 iOS 5 的(de)時候推出了ARC 】

下面是一(yī)個跨函數使用內(nèi)存的(de)例子(zǐ)：

// 這個例子(zǐ)已經非常有面向對象的(de)味道(dào)了
typedef struct Student{     // 自(zì)定義 student 結構體
    int age;
    char * name;
}myStudent;
myStudent * createStudent(void); // 創建 student 
void showStudent(myStudent *);   // 輸出 student
int main(void) {
    myStudent *p = createStudent();  // 創建 student 
    showStudent(p);                  // 輸出 student
    return 0;
}
myStudent * createStudent(void)
{
    myStudent *p = (myStudent *)malloc(sizeof(myStudent));
    p->age = 20;
    p->name = "xiaoyou";
    return p;
}
void showStudent(myStudent *p)
{
    printf("student.age = %d 
student.name = %s
",p->age,p->name);
}

4. 小結

本文主要講解了數據結構的(de)定義和(hé)簡介。

回顧了學(xué)習數據結構應該具備的(de)一(yī)些 C語言 的(de)基礎知識，如(rú)指針、結構體、和(hé)內(nèi)存等。

後面會繼續開始對數據結構的(de)講解。