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HerryLo/CStruct

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C语言数据结构

C语言学习数据结构的原因:C语言中存在指针、内存的概念,我们可以手动去操作它。

数据结构实际专门是来研究数据存储的问题,而数据的存储包含两个方面:个体关系 + 个体关系的存储

环境工具:Mac&Xcode 或者 Window&VSCode

以下的内容都是通过学习郝斌老师数据结构自学视频后整理,建议感兴趣的同学可以跟着视频学习一波。

指针Pointer

指针就是地址,地址就是指针

这里的地址就是内存地址。在计算机开发中,我们会使用C/C++、Java、Go、python、NodeJs等高级语言进行软件开发,而在代码中声明的变量,通过编译器编译后,它们就会指向到内存地址中。我们对于变量的操作,实际就是对于计算机内存的操作。

内存地址:内存单元的编号,从0到非负整数;

指针变量存储内存单元编号的变量

void main() {
    int *p;                 // 声明指针变量p;
    int i = 10;             // 声明整型变量i赋值10;
    p = &i;                 // 将i的地址赋值给变量p
    printf("%d", *p);       // *p == i;
}

一个指针变量占几个字节,由变量类型和机型决定。

结构体Struct

结构体用来定义一种数据类型。struct定义:用户需要定义的复合数据类型。

注意:普通的数据结构无法加减运算,但是可以相互赋值。

typedef struct Student {
    int id;
    int grade;
    char name[20];
}Student;

// 需要用到指针变量
void Assignment(Student *c) {
    c->id = 2;
}

void main() {
    Student a = {1, 1000, "liuheng"};
    Student *b;
    b = &a; // &a为变量a的地址,它需要指针变量才可以接收
    Assignment(&b); // 传递的是地址
    printf("%d\n", a.id);
}

结构体变量指针b,存储结构体变量a的地址。

注意⚠️:如何判断何时使用指针变量?在函数参数中,一旦你需要传递地址,而对方需要接收时,那么此时必须使用指针变量,当然类型也必须要相同!!

动态内存

void mallocFn() {
    // malloc申请动态内存空间
    // sizeof设置内存大小,(int *)表示数据类型
    int * arr = (int *)malloc(sizeof(5)); // 返回的是第一个字节的地址
    
    arr[0]= 12;
    arr[1]= 234;
    printf("%d\n", arr[0]);
    
    // free释放内存空间
    free(arr); // 只是将申请的内存地址标记为释放
    arr = NULL;
}

注意:通过malloc申请得内存空间,一定要记得通过free释放。

数组Array

数组是线性结构,在内存中连续存储数据元素的一种数据结构,它是连续存储的。例如🌰:创建一个数组arr,我们可以通过arr[0]、arr[1]、arr[3]来访问数组中的元素。

下面是数组的结构体数据类型:

typedef struct ArrList {
    int *p;         // 数组中第一个元素的地址
    int len;        // 数组的长度
    int cnt;        // 当前有效的长度
}ArrList, *Array

示例如下:

void main() {
    ArrList arr;

    // ....赋值操作省略

    printf("数组长度为:%d\n", arr.len);
    printf("数组当前有效长度为:%d\n", arr.cnt);
    // arr.p[0] == *(arr.p)
    printf("数组当前第一个元素的值:%d\n", arr.p[0]);
}

这里的arr.p只是指向数组中第一个元素的内存地址

链表List

链表是线性结构,在内存中非连续存储数据元素的一种数据结构,它是离散分布的。每个节点通过指针相连,每个一个前驱节点点和后续节点,头节点无前驱节点,尾节点无后续节点。

链表的种类:单链表、双链表、循环链表

双链表、循环链表是在单链表基础上扩展,下面是单链表结构:

    头结点:A           首节点:B                                  尾节点:C
       👇               👇                                       👇
[data=NULL|next]——>[data|next]——>[data|next]——>[data|next]——>[data|next]——> NULL

头结点: 第一个有效节点之前的节点,不存放有效数据,加头结点的目的主要是为了方便链表操作

首节点:第一个有效节点;

尾节点:最后一个有效节点;

头指针:指向头结点的指针变量;

尾指针:指向尾结点的指针变量;

确定一个链表只需要一个参数:头指针;链表中单个节点的数据类型:

struct Node {
    value;   // 数据域
    next;   // 指针域
}

示例如下:

void main() {
    Node * pHead = NULL; //头结点

    // ....赋值操作省略

    // 遍历链表中的值
    Node * p = pHead->next; // 首节点
    while(p != NULL) {
        // 打印节点的值
        printf("%d \n", p->data);
        p = p->next;
    }

}

栈Stack

栈是线性结构的具体应用,类似于箱子📦📦,是一种可以实现“先进后出”的存储结构;

栈分为静态栈和动态栈,静态栈通常由数组构成,动态栈通常由链表构成(都只有一个出入口);

以动态栈为🌰🌰,确认一个栈的节点,只需要两个参数,顶部节点和尾部节点

struct Stack {
    Node Top;
    Node Bottom;
}

可以想象为了一个放书的箱子📦,想法放入的📖会被后放入的压在下面,而后放入的就会在上面,后放入的必须先拿出,先放入的才可以拿出。

应用:函数调用、中断、表达式求值、内存分配、缓存、迷宫等;

队列Queue

队列是线性结构的具体应用,类似于排队,是一种“先进先出”的存储结构。

队列分为链式队列和静态队列,前者使用链表实现,后者是数组实现(都是一头出,一头入);

下面是以静态队列为例子讲解。对于静态队列,它由数组构成,存储空间是一定的,而为了避免出现空间浪费的问题,它就必须是一个循环队列(静态队列必须是循环队列);一个循环队列只需要两个参数:front(头)、rear(尾)

不同场合front和rear不同的含义:

队列初始化:front 和 rear 值都是0;

队列非空:front代表队列的第一个元素;rear代表得失队列最后一个有效元素的下一个元素;

队列为空:front和rear值相等,但不一定是0;

队列算法核心:

入队算法:rear = (rear+1)%数组长度;

出队算法:front = (front+1)%数组长度;

可以想象一个水池,一头注水,一头出水,先放入水会先出,后放入的后出。

递归

递归就是一个函数直接或间接调用它自身。

递归需要满足三个条件:

    1. 递归必须得有一个明确的中止条件;
    1. 该函数所处理的数据规模必须是递减的;
    1. 这个转化是可解的;

循环和递归的比较:

递归:易于理解;速度慢;存储空间大;

循环:不易于理解;速度快;存储空间小;

参考:阶乘、汉诺塔、斐波拉切数列

Tree 树

树的专业定义:

1. 有且只有一个根节点;
2. 有若干个互不相交的子树,这些子树本身也是一棵树的通俗定义;

树的通俗定义:

1. 树由节点和边组成;
2. 每个节点只有一个父节点,但可以有多个子节点;
3. 但有一个节点例外,该节点没有父节点,此节点称为根节点;

树的分类:

  • 一般树:任意一个节点的子节点的个数不受限制;
  • 二叉树:任意一个节点的子节点个数最多两个,且子节点的位置不可更改
  • 森林:n个互不相交的树的集合;

二叉树

二叉树分类:

一般二叉树:任意一个节点的子节点个数最多两个

满二叉树:在不增加树的层数的前提下,无法再多添加一个节点的二叉树就是满二叉树;

完全二叉树:如果只是删除满二叉树最右边的连续若干节点,这样形成的二叉树就是完全二叉树;

一般树转换为二叉树:把一个普通的树转换为二叉树,它一定没有右子节点。转换方法——左指针域指向它的第一个孩子,右指针指向它的兄弟,只要能满足此条件,就可以把普通二叉树转换为二叉树。

代码可供参考:二叉树创建&先序、中序、后序源码链接

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