1. 概述

數據結構定義:

我(wǒ)們如何把現實中(zhōng)大(dà)量而複雜(zá)的問題以特定的數據類型和特定的存儲結構保存到主存儲器(内存)中(zhōng),以及在此基礎上爲實現某個功能(如元素的CURD、排序等)而執行的相應操作，

這個相應的操作也叫算法。

數據結構 = 元素 + 元素的關系

算法 = 對數據結構的操作

算法:

算法就是：解決問題的方法和步驟

衡量算法有如下(xià)标準:

1.時間複雜(zá)度

程序要執行的次數，并非執行時間

2.空間複雜(zá)度

算法執行過程中(zhōng)大(dà)概要占用的最大(dà)内存

3.難易程度(可讀性)

4.健壯性

2. 數據結構的特點和地位

地位:

數據結構處于軟件中(zhōng)核心的地位。

如計算機内存中(zhōng)棧和堆的區别，不懂數據結構的人可能會認爲内存就是分(fēn)兩大(dà)部分(fēn)，一(yī)塊叫棧，一(yī)塊叫堆，顯然這是非常膚淺且不正确的結論。

實際上如果一(yī)塊内存是以壓棧出棧的方式分(fēn)配的内存，那麽這塊内存就叫棧内存，如果是以堆排序的方式分(fēn)配的内存，那麽這塊内存就叫堆内存，其最根本的區别還是其内存分(fēn)配

算法的不同。

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

編譯原理裏面有語法樹(shù)的概念，這實際上就是數據結構裏面的樹(shù)，比如軟件工(gōng)程、數據庫之類都有數據結構的影子。

特點:

數據結構修煉的是内功，并不能直接立竿見影的可以解決現實問題，但是有了這門内功會在其他方面的學習中(zhōng)對你大(dà)有益處。

3. 預備知(zhī)識（C語言）

學習數據結構應該具備如下(xià)知(zhī)識：

指針

結構體(tǐ)

動态内存的分(fēn)配和釋放(fàng)

跨函數使用内存

本小(xiǎo)節主要介紹學習數據結構應該有的基礎，并對相關知(zhī)識稍作講解。

指針

指針是 C語言 的靈魂，重要性不需多言。

指針定義

地址：

地址是内存單元的編号

其編号是從 0 開(kāi)始的非負整數

範圍： 0 -- 0xFFFFFFFF (2^32 - 1)  注：此指x86平台，x64平台下(xià)最大(dà)内存地址爲 (2^64 - 1)

指針：

指針就是地址，地址就是指針。

指針變量是存放(fàng)内存單元地址的變量,它内部保存的值是對應的地址,地址就是内存單元的編号(如内存地址值：0xffc0)。

指針的本質是一(yī)個操作受限的非負整數

在計算機系統中(zhōng)，CPU 可以直接操作内存，關于 CPU 對内存的操作與控制原理可以簡單理解如下(xià)圖

地址線 ： 确定操作哪個地址單元

控制線 ： 控制該數據單元的讀寫屬性

數據線 ： 傳輸 CPU 和内存之間的數據

指針的分(fēn)類

1.基本類型的指針

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 整形的指針變量 p , 變量 p 指向 i 的地址    
int *p;      // 這兩行等價于上面一(yī)行
p = &i;
1. p 存放(fàng)了 i 的地址，我(wǒ)們就可以說“ p 指向了 i” ，但 p 和 i 是兩個不同的變量，修改一(yī)方不會影響另一(yī)個的值。
2. *p 等價于 i ，i 等價于 *p;兩者是一(yī)塊内存空間，裏面的值一(yī)變具變。

2.指針和函數

// 修改外(wài)部實參的值
void func(int * p)
{
    *p = 100;   // 函數内修改外(wài)部變量的值   
}
// 修改外(wài)部實參的值，二級指針的值
void func2(int ** p)
{
    *p = 100;   
    // 函數内修改外(wài)部變量的值 ，這裏實際修改的是指針的内部的地址，這裏直接自己修改并不嚴謹也不安全，隻是爲了表達意思  
}
int main(void)
{
    // 修改外(wài)部實參
   int i = 10;
   func(&i);
   printf("i = %d",i);
   // 修改外(wài)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(wài)部變量（實參）的值

3.指針和數組

【指針】 和 【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，從原理上來說是正确的 a 等價于 a[0];
 // a 是數組中(zhōng)第一(yī)個元素，每個元素占用内存單位長度相同，
 // a[i] 中(zhōng)的 i 實際代表的是單位長度的倍數

數組名:

　一(yī)維數組名是個指針常量(它的值不可變)

它存放(fàng)的是該一(yī)維數組的第一(yī)個元素的地址(一(yī)維數組名指向其第一(yī)個元素)

下(xià)标和指針的關系:

(1)、 a[i] 等價于 *(a + i)

(2)、假設指針變量的名字爲 p,

則 p + i 的值爲 p + i * (p 所指向的變量所占字節數)

(3)、每個下(xià)标表示的是第 i+1 個元素，根據元素類型分(fēn)配的字節長度不同(int 類型4個字節)，每個字節都有對應的内存地址編号，指針變量 p 保存的是該元素首字節的地址。

指針變量的運算:　

指針變量不能相加、相乘、相除

如果兩指針變量屬于同一(yī)數組，則可以相減

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

// 指針變量的運算
p + i 的值是 p + i*(所指向的變量所占字節數)
p - i 的值是 p - i*(所指向的變量所占字節數)
p++   等價于 p + 1
p--   等價于 p - 1
// 下(xià)面是一(yī)個通過函數修改數組内部元素
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(tǐ)

爲什麽會出現結構體(tǐ)、

爲了表示一(yī)些複雜(zá)的數據，而普通的基本數據無法滿足要求.

什麽叫結構體(tǐ)

結構體(tǐ)是用戶根據實際需要，自己定義的複合數據類型

// 如學生(shēng)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;
};

如何使用結構體(tǐ)

總結起來有兩種結構體(tǐ)的使用方式：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(tǐ)本身

pst -> name ;   這裏通過指針地址操作，更加節省空間

struct Student{ // 自定義結構體(tǐ)
    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(yòu)等價于 ss.name
// 所以 pst -> name 等價于 ss.name
   return 0;
}

注意事項

結構體(tǐ)變量的類型爲： struct Student

結構體(tǐ)變量不能加減乘除，但是能夠相互賦值

普通結構體(tǐ)變量和結構體(tǐ)指針變量作爲函數傳參的問題

typedef struct Student{ // 結構體(tǐ)定義
    int age;
    char * name;
    char name2[100];
    double height;
}myStudent;
// 直接傳遞整個結構體(tǐ)數據，耗時 && 浪費(fèi)内存空間
void func(struct Student st);
// 直接傳遞 隻占用 4 byte 的指針，省時效率也高 <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);
}

動态内存分(fēn)配和釋放(fàng)

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

程序中(zhōng)我(wǒ)們爲了避免這種情況，應該使用動态的方式創建和銷毀數組。

// 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 類型的形參，表示要求系統分(fēn)配的字節數
2. malloc 函數的功能是請求系統 length 個字節的内存空間，如果請求完成則返回的是第一(yī)個字節的地址，
    如果請求不成功，則返回NULL
3. malloc 函數能且隻能返回第一(yī)個字節的地址，所以我(wǒ)們需要把沒有實際意義的第一(yī)個字節地址（幹地址）轉化爲一(yī)個有實際意義的地址，
    所以 malloc 前面必須加(數據類型 *)，表示把這個無意義的地址轉化爲對應類型的地址
    實例：
        int *p = (int *)malloc(50);
        表示将系統分(fēn)配的 50 個字節的第一(yī)個字節的地址轉化爲 int 類型的地址，準确的說是轉化爲 4 個一(yī)組的地址的首地址，
        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(fēn)别是第一(yī)個，第i+1個元素。
        double *p = (double *)malloc(80);
        表示将系統分(fēn)配的 80 個字節的第一(yī)個字節的地址轉化爲 double 類型的地址，準确的說是轉化爲 8 個一(yī)組的地址的首地址，
        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(fēn)别是第一(yī)個，第i+1個元素。
4. free(p);
    釋放(fàng) p 所指向的内存，而不是釋放(fàng) p 本身所占用的内存

代碼示例如下(xià)：

void test2(void)
{
    int len;
    printf("請輸入你要動态創建的數組長度:");
    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(fàng)對應的數組空間 
}

跨函數使用内存

在函數内部分(fēn)配的局部變量，在函數調用完成之後就會被系統回收，其内存也會消失。但是程序中(zhōng)常常需要定義一(yī)塊内存，當我(wǒ)們用完之後再會回收。如 OC 語言中(zhōng)對象。所以需

要保存住分(fēn)配的内存，應該用動态分(fēn)配内存，當用完之後再手動釋放(fàng)。這也是C語言的一(yī)個不足之處：内存需要我(wǒ)們手動創建和手動釋放(fàng)，這也是 OC 語言在開(kāi)發 iOS 程序時候，

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

下(xià)面是一(yī)個跨函數使用内存的例子：

// 這個例子已經非常有面向對象的味道了
typedef struct Student{     // 自定義 student 結構體(tǐ)
    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(xiǎo)結

本文主要講解了數據結構的定義和簡介。

回顧了學習數據結構應該具備的一(yī)些 C語言 的基礎知(zhī)識，如指針、結構體(tǐ)、和内存等。

後面會繼續開(kāi)始對數據結構的講解。