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數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中非常常見(jiàn)，現(xiàn)在各種算法基本都牽涉到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因此，掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算是軟件工程師的必備技能。

一、什么是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，直白地理解，就是研究數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式。

我們知道，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)只有一個(gè)目的，即為了方便后期對(duì)數(shù)據(jù)的再利用，就如同我們使用數(shù)組存儲(chǔ) {1,2,3,4,5} 是為了后期取得它們的加和值，無(wú)緣由的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)行為是對(duì)存儲(chǔ)空間的不負(fù)責(zé)任。

因此，數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)空間的存放，決不是胡亂的，這就要求我們選擇一種好的方式來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，而這也是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的核心內(nèi)容。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

三、線性表

線性表結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)往往是可以依次排列的，就像小朋友手拉手，每位學(xué)生的前面和后面都僅有一個(gè)小朋友和他拉手，具備這種“一對(duì)一”關(guān)系的數(shù)據(jù)就可以使用線性表來(lái)存儲(chǔ)。

例如，存儲(chǔ)類似 {1,3,5,7,9} 這樣的數(shù)據(jù)時(shí)，各元素依次排列，每個(gè)元素的前面和后邊有且僅有一個(gè)元素與之相鄰（除首元素和尾元素），因此可以使用線性表存儲(chǔ)。

線性表并不是一種具體的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，它包含順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)，是順序表和鏈表的統(tǒng)稱。

1.順序表

順序表，簡(jiǎn)單地理解，就是常用的數(shù)組，只是換了個(gè)名字而已，例如使用順序表存儲(chǔ) {1,3,5,7,9}，如圖所示：

由于順序表結(jié)構(gòu)的底層實(shí)現(xiàn)借助的就是數(shù)組，因此對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，可以把順序表完全等價(jià)為數(shù)組，但實(shí)則不是這樣。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是研究數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式的一門學(xué)科，它囊括的都是各種存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，而數(shù)組只是各種編程語(yǔ)言中的基本數(shù)據(jù)類型，并不屬于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的范疇。

2.鏈表

我們知道，使用順序表（底層實(shí)現(xiàn)靠數(shù)組）時(shí)，需要提前申請(qǐng)一定大小的存儲(chǔ)空間，這塊存儲(chǔ)空間的物理地址是連續(xù)的，如圖 1 所示。

鏈表則完全不同，使用鏈表存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，是隨用隨申請(qǐng)，因此數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置是相互分離的，換句話說(shuō)，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置是隨機(jī)的。

為了給各個(gè)數(shù)據(jù)塊建立“依次排列”的關(guān)系，鏈表給各數(shù)據(jù)塊增設(shè)一個(gè)指針，每個(gè)數(shù)據(jù)塊的指針都指向下一個(gè)數(shù)據(jù)塊（最后一個(gè)數(shù)據(jù)塊的指針指向 NULL），就如同一個(gè)個(gè)小學(xué)生都伸手去拉住下一個(gè)小學(xué)生的手，這樣，看似毫無(wú)關(guān)系的數(shù)據(jù)塊就建立了“依次排列”的關(guān)系，也就形成了鏈表，如圖所示：

3.棧和隊(duì)列

棧和隊(duì)列隸屬于線性表，是特殊的線性表，因?yàn)樗鼈儗?duì)線性表中元素的進(jìn)出做了明確的要求。

棧中的元素只能從線性表的一端進(jìn)出（另一端封死），且要遵循“先入后出”的原則，即先進(jìn)棧的元素后出棧。

棧結(jié)構(gòu)如上圖所示，像一個(gè)木桶，棧中含有 3 個(gè)元素，分別是 A、B 和 C，從在棧中的狀態(tài)可以看出 A 最先進(jìn)的棧，然后 B 進(jìn)棧，最后 C 進(jìn)棧。根據(jù)“先進(jìn)后出”的原則，3 個(gè)元素出棧的順序應(yīng)該是：C 最先出棧，然后 B 出棧，最后才是 A 出棧。

隊(duì)列中的元素只能從線性表的一端進(jìn)，從另一端出，且要遵循“先入先出”的特點(diǎn)，即先進(jìn)隊(duì)列的元素也要先出隊(duì)列。

隊(duì)列結(jié)構(gòu)如上圖所示，隊(duì)列中有 3 個(gè)元素，分別是 A、B 和 C，從在隊(duì)列中的狀態(tài)可以看出是 A 先進(jìn)隊(duì)列，然后 B 進(jìn)，最后 C 進(jìn)。根據(jù)“先進(jìn)先出”的原則，3 個(gè)元素出隊(duì)列的順序應(yīng)該是 A 最先出隊(duì)列，然后 B 出，最后 C 出。

四、樹(shù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

樹(shù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)適合存儲(chǔ)具有“一對(duì)多”關(guān)系的數(shù)據(jù)。

如上圖所示，其中張平只有一個(gè)父親，但他卻有兩（多）個(gè)孩子，這就是“一對(duì)多”的關(guān)系，滿足這種關(guān)系的數(shù)據(jù)可以使用樹(shù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。

五、圖存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

圖存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)適合存儲(chǔ)具有“多對(duì)多”關(guān)系的數(shù)據(jù)。

如上所示，從 V1 可以到達(dá) V2、V3、V4，同樣，從 V2、V3、V4 也可以到達(dá) V1，這就是“多對(duì)多”的關(guān)系，滿足這種關(guān)系的數(shù)據(jù)可以使用圖存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。