C 语言中经典的数据结构

news2025/4/19 9:23:18

在 C 语言中，经典的数据结构通常包括以下几种，每种都有其特定的应用场景和实现方式：

1. 数组（Array）

定义：连续内存空间存储相同类型的数据。
特点：随机访问快（O(1)），插入/删除效率低（O(n)）。
应用场景：存储固定大小的数据集合。
示例代码：
```
int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
```

2. 链表（Linked List）

定义：通过指针连接的节点序列，分为单向链表、双向链表和循环链表。
特点：动态大小，插入/删除快（O(1)），访问慢（O(n)）。
应用场景：动态内存分配、实现栈/队列等。

示例代码（单向链表）：

typedef struct Node {
    int data;
    struct Node* next;
} Node;

Node* create_node(int data) {
    Node* node = (Node*)malloc(sizeof(Node));
    node->data = data;
    node->next = NULL;
    return node;
}

3. 栈（Stack）

定义：后进先出（LIFO）的线性结构。
操作：push（入栈）、pop（出栈）、peek（查看栈顶）。
实现方式：数组或链表。
应用场景：函数调用栈、括号匹配、表达式求值。

示例代码（数组实现）：


#define MAX_SIZE 100
typedef struct Stack {
    int data[MAX_SIZE];
    int top;
} Stack;

void push(Stack* s, int val) {
    if (s->top < MAX_SIZE) 
        s->data[s->top++] = val;
}

int pop(Stack* s) {
    if (s->top > 0) 
        return s->data[--s->top];
    return -1;
}

4. 队列（Queue）

定义：先进先出（FIFO）的线性结构。
操作：enqueue（入队）、dequeue（出队）。
实现方式：数组（循环队列）或链表。
应用场景：任务调度、缓冲区管理。

示例代码（链表实现）：

typedef struct QueueNode {
    int data;
    struct QueueNode* next;
} QueueNode;

typedef struct Queue {
    QueueNode *front, *rear;
} Queue;

void enqueue(Queue* q, int data) {
    QueueNode* node = create_node(data);
    if (q->rear == NULL) {
        q->front = q->rear = node;
        return;
    }
    q->rear->next = node;
    q->rear = node;
}

5. 树（Tree）

定义：层次化的非线性结构，常见类型包括二叉树、二叉搜索树（BST）、AVL 树。
操作：插入、删除、遍历（前序、中序、后序）。
应用场景：文件系统、数据库索引、哈夫曼编码。

示例代码（二叉树节点）：


typedef struct TreeNode {
    int data;
    struct TreeNode* left;
    struct TreeNode* right;
} TreeNode;

6. 图（Graph）

定义：由顶点（Vertex）和边（Edge）组成的非线性结构。
实现方式：邻接矩阵或邻接表。
操作：遍历（DFS/BFS）、最短路径算法。
应用场景：社交网络、路径规划。

示例代码（邻接表）：

typedef struct GraphNode {
    int vertex;
    struct GraphNode* next;
} GraphNode;

typedef struct Graph {
    int num_vertices;
    GraphNode** adj_list;
} Graph;

7. 哈希表（Hash Table）

定义：通过哈希函数将键映射到值的结构。
特点：理想情况下查找时间复杂度为 O(1)。
冲突解决：开放寻址法、链地址法。
应用场景：数据库索引、缓存实现。

示例代码（链地址法）：

#define TABLE_SIZE 10
typedef struct HashNode {
    int key;
    int value;
    struct HashNode* next;
} HashNode;

typedef struct HashTable {
    HashNode* table[TABLE_SIZE];
} HashTable;