顺序表、链表、栈和队列总结

ljw695

发布于 2024-10-18 08:06:17

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顺序表、链表、栈和队列都是线性数据结构，但它们在管理和访问数据方面有不同的特点和用途。以下是它们之间的主要区别：

顺序表

存储方式：在连续的内存空间中存储元素。
访问方式：通过索引直接访问，时间复杂度为O(1)。
插入/删除：在表尾插入或删除元素，时间复杂度为O(n)，因为可能需要移动元素。
动态性：通常需要预先分配固定大小的存储空间，但如果需要，可以动态扩容。
内存占用：可能会有未使用的内存空间，因为通常会分配比当前所需更大的空间。

链表

存储方式：由一系列节点组成，每个节点包含数据域和指向下一个节点的指针。
访问方式：需要从头节点开始遍历，时间复杂度为O(n)。
插入/删除：在任意位置插入或删除元素，时间复杂度为O(1)，因为只需改变指针。
动态性：可以动态地分配节点，因此不需要预先分配固定大小的存储空间。
内存占用：每个节点只存储数据和指向下一个节点的指针，因此可能更节省内存。

栈

特点：后进先出（LIFO）的数据结构。
存储方式：可以是顺序表或链表的形式。
访问方式：只能访问栈顶元素，时间复杂度为O(1)。
插入/删除：只能在栈顶插入或删除元素，时间复杂度为O(1)。
动态性：可以是固定大小的，也可以是动态扩容的。
内存占用：与顺序表类似，可能会有未使用的内存空间。

队列

特点：先进先出（FIFO）的数据结构。
存储方式：可以是顺序表或链表的形式。
访问方式：只能访问队头或队尾元素，时间复杂度为O(1)。
插入：在队尾插入元素，时间复杂度为O(1)。
删除：从队头删除元素，时间复杂度为O(1)。
动态性：可以是固定大小的，也可以是动态扩容的。
内存占用：与顺序表类似，可能会有未使用的内存空间。

总结

顺序表和链表的主要区别在于存储方式和内存利用率。顺序表适合随机访问，而链表适合动态插入和删除。
栈和队列都是线性数据结构，但它们的操作方式不同。栈是后进先出的，而队列是先进先出的。
栈和队列通常都可以用顺序表或链表来实现，根据需要选择。

选择哪种数据结构取决于具体应用场景和对数据操作的频繁程度。

补充

队列的实现

队列也可以数组和链表的结构实现，使用链表的结构实现更优一些，因为如果使用数组的结构，出队列在数组头上出数据，效率会比较低。

栈的实现

栈的实现一般可以使用数组或者链表实现，相对而言数组的结构实现更优一些。因为数组在尾上插入数据的代价比较小。

顺序表

是一种线性表，在C语言中通常通过数组来实现。它具有以下特点：

连续的内存空间：顺序表中的元素存储在一块连续的内存空间中。
随机访问：可以通过下标直接访问任何一个位置的元素，访问时间为常数时间O(1)。
固定容量：通常情况下，顺序表的容量是固定的，当需要存储的元素个数超过当前容量时，需要进行扩容操作。

在C语言中实现顺序表，需要定义以下几个基本操作：

初始化：创建一个空的顺序表。
插入：在顺序表的指定位置插入一个元素。
删除：删除顺序表中指定位置的元素。
查找：查找顺序表中某个元素的索引。
扩容：当顺序表满时，增加其容量。
打印：打印顺序表中的所有元素。

下面是一个简单的顺序表在C语言中的

实现

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

typedef struct {
    int *data;
    int size;
} SequenceList;

SequenceList *init_sequence_list(int size) {
    SequenceList *list = (SequenceList *)malloc(sizeof(SequenceList));
    list->data = (int *)malloc(size * sizeof(int));
    list->size = size;
    return list;
}

void free_sequence_list(SequenceList *list) {
    free(list->data);
    free(list);
}

void sequence_list_insert(SequenceList *list, int index, int value) {
    if (index < 0 || index > list->size) {
        printf("Index out of bounds\n");
        return;
    }
    for (int i = list->size; i > index; i--) {
        list->data[i] = list->data[i - 1];
    }
    list->data[index] = value;
    list->size++;
}

int sequence_list_get(SequenceList *list, int index) {
    if (index < 0 || index >= list->size) {
        printf("Index out of bounds\n");
        return -1;
    }
    return list->data[index];
}

链表

链表是由一系列节点组成，每个节点包含数据域和指向下一个节点的指针。

实现

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

typedef struct Node {
    int value;
    struct Node *next;
} LinkList;

LinkList *init_link_list() {
    LinkList *head = (LinkList *)malloc(sizeof(LinkList));
    head->next = NULL;
    return head;
}

void free_link_list(LinkList *head) {
    LinkList *temp;
    while (head != NULL) {
        temp = head;
        head = head->next;
        free(temp);
    }
}

void link_list_insert(LinkList *head, int value) {
    LinkList *new_node = (LinkList *)malloc(sizeof(LinkList));
    new_node->value = value;
    new_node->next = head->next;
    head->next = new_node;
}

栈

栈是一种后进先出（LIFO）的数据结构。

实现

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

typedef struct {
    int *data;
    int top;
    int size;
} Stack;

Stack *init_stack(int size) {
    Stack *stk = (Stack *)malloc(sizeof(Stack));
    stk->data = (int *)malloc(size * sizeof(int));
    stk->top = -1;
    stk->size = size;
    return stk;
}

void free_stack(Stack *stk) {
    free(stk->data);
    free(stk);
}

void stack_push(Stack *stk, int value) {
    if (stk->top >= stk->size - 1) {
        printf("Stack overflow\n");
        return;
    }
    stk->data[++stk->top] = value;
}

int stack_pop(Stack *stk) {
    if (stk->top < 0) {
        printf("Stack underflow\n");
        return -1;
    }
    return stk->data[stk->top--];
}

队列

队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构。

实现

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

#define QUEUE_SIZE 100

typedef struct {
    int data[QUEUE_SIZE];
    int front;
    int rear;
    int count;
} Queue;

Queue *init_queue() {
    Queue *q = (Queue *)malloc(sizeof(Queue));
    if (q) {
        q->front = q->rear = 0;
        q->count = 0;
    }
    return q;
}

void free_queue(Queue *q) {
    free(q);
}

int is_queue_empty(Queue *q) {
    return q->count == 0;
}

int is_queue_full(Queue *q) {
    return q->count == QUEUE_SIZE;
}

void enqueue(Queue *q, int value) {
    if (is_queue_full(q)) {
        printf("Queue is full. Cannot enqueue.\n");
        return;
    }
    q->data[q->rear] = value;
    q->rear = (q->rear + 1) % QUEUE_SIZE;
    q->count++;
}

int dequeue(Queue *q) {
    if (is_queue_empty(q)) {
        printf("Queue is empty. Cannot dequeue.\n");
        return -1;
    }
    int value = q->data[q->front];
    q->front = (q->front + 1) % QUEUE_SIZE;
    q->count--;
    return value;
}

int main() {
    Queue *q = init_queue();
    
    enqueue(q, 1);
    enqueue(q, 2);
    enqueue(q, 3);
    
    printf("Dequeue: %d\n", dequeue(q));
    printf("Dequeue: %d\n", dequeue(q));
    
    if (is_queue_empty(q)) {
        printf("Queue is empty.\n");
    } else {
        printf("Queue is not empty.\n");
    }
    
    free_queue(q);
    return 0;
}

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原始发表：2024-10-17，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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