写在前面：为什么学习C语言数据结构

今天开始，我准备和一起分享学习C语言常用数据结构，这里不求事无巨细的掌握数据结构的方方面面，而是学习编程、考试等实际中常用的重要数据结构，这里以分享可以运行的代码为学习主要方式，因为可运行的代码有时候是最好的老师。

数据结构和算法是十分重要的。C语言+数据结构+算法=C语言程序。考虑下编程的过程：对于一个真实的问题，编程解决步骤往往是：第一步分析问题，第二步找到数学方法“纸面上”解决它，也就是找到“算法”，第三步选择合适的数据结构存放数据，实现“算法”，第四步选择编程语言，编写可执行的代码，实现数据结构和算法。其中第二步很关键，思考算法。

数据结构概念

是指相互之间存在一种或多种关系的数据元素的集合，使用集合二元组来描述有两个要素部分，分别是数据元素集合、数据元素关系集合。

数据结构完整描述可以分为逻辑结构和存储结构，逻辑结构描述本质上的关系，存储结构是根据计算机和编程语言特点实现关系，一种逻辑结构可以有多种存储结构实现，同样，一种存储结构可以被用于实现多种逻辑结构。

逻辑结构分类

逻辑结构对应数据结构中数据元素的关系，简单可以分为集合、线性、树型、图状四类。

  • 集合：最松散的关系，相当于空关系，只要数据元素取值属于同一个集合即可。
  • 线性：一对一关系，数据元素逻辑上结构是排列的一条“线”，有先后次序。
  • 树型：一对多关系，存在一个父亲结点和多个孩子结点，逻辑上是一颗“树”。
  • 图状：多对多关系，数据元素可以有任意的对应关系，形似一张“网图状”。

存储结构分类

存储结构是数据结构的逻辑结构在计算机中的物理实现表示，因此也可以称为物理结构，简单分为2大类：

  • 顺序存储方式：数据按照顺序在内存中存放，数据的逻辑顺序和计算机物理内存地址顺序对应，C语言实现可以使用数组、动态内存分配的顺序表表示。
  • 链式存储方式：数据可以在内存中随机存放，同时数据结点中通过一个指针将数据按照逻辑顺序串接起来，例如链表。

算法

  • 算法是对特定问题的求解步骤的描述，是通用的数学意义上的问题求解。
  • 程序是算法在计算机中的一种实现，需要使用特定的编程语言和计算机指令。
  • 算法常见时间复杂度大小关系：O(1)<O(logn)<O(n)<O(nlogn)<O(n2)<O(n3)<O(2n)<O(n!)<O(nn)，其中O(1)表示常量时间，和问题规模无关。
  • 算法空间复杂度：是指算法需要除数据元素之外的辅助空间大小，O(1)表示只需要固定的辅助空间，和问题规模无关，原地工作。

对比理解

1.逻辑结构和存储结构：数据结构的两个重要方面，一种逻辑结构可以有多种存储结构实现，存储结构实现和计算机硬件特性、编程语言特性相关，不同的存储结构实现，其数据结构最终的处理效率是不同的，各有优劣。

2.数据结构和算法：这两个概念也是密切相关，算法是对问题的求解，必然涉及到数据处理，因此需要选择数据结构存放数据。使用不同的数据结构直接影响算法对于问题的处理效率。一个可以用计算机解决的实际问题，需要同时选择一个合适的算法和数据结构，最终形成完整的可执行程序。

3.数据结构作用主要是处理数据，因此基本上每种数据结构都需要提供增加、修改、删除、查询、显示数据等通用功能，根据数据结构的具体存储结构，其实现的过程和效率均不相同。