C++ 数据结构

C++支持多种数据结构,这些数据结构根据它们组织数据的方式和访问数据的方式可以分为不同的类型。以下是C++中常见的数据结构及其特点:

  1. 数组(Array)
    • 定义:数组是一种聚合数据类型,用于存储相同类型的元素集合。
    • 特点:通过索引访问元素,访问速度快(O(1)),但插入和删除操作(尤其是中间位置)可能较慢。
    • 分类:
      • 静态数组:在编译时确定大小,不能动态调整。
      • 动态数组:在运行时分配内存,可以动态调整大小(如使用newdelete操作符)。
  2. 链表(Linked List)
    • 定义:链表是一种动态数据结构,由一系列节点组成,每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。
    • 特点:插入和删除操作(尤其是中间位置)速度快(O(1)),但访问元素可能较慢(需要遍历链表)。
    • 分类:
      • 单向链表:每个节点只有一个指向下一个节点的指针。
      • 双向链表:每个节点有两个指针,一个指向前一个节点,一个指向下一个节点。
  3. 栈(Stack)
    • 定义:栈是一种后进先出(LIFO)的数据结构。
    • 特点:主要操作包括push(压栈,添加元素到栈顶)、pop(弹栈,移除栈顶元素)和peek(查看栈顶元素)。
    • 实现:可以使用数组或链表来实现。
  4. 队列(Queue)
    • 定义:队列是一种先进先出(FIFO)的数据结构。
    • 特点:主要操作包括enqueue(入队,添加元素到队尾)、dequeue(出队,移除队头元素)和front/back(查看队头/队尾元素)。
    • 实现:可以使用数组或链表来实现。
  5. 哈希表(Hash Table)
    • 定义:哈希表是一种通过哈希函数将键映射到存储位置的数据结构。
    • 特点:访问速度快(平均时间复杂度为O(1)),常用于实现快速查找、插入和删除操作。
  6. 树(Tree)
    • 定义:树是一种层次结构的数据结构,由节点和边组成。
    • 特点:节点之间的关系是层次和分支的,如二叉树、平衡二叉树、红黑树等。
    • 应用:常用于实现排序、搜索和存储层次数据。
  7. 图(Graph)
    • 定义:图由节点(或顶点)和边组成,用于表示复杂的关系网络。
    • 特点:节点之间的关系是多对多的,常用于表示社交网络、地图等。
    • 分类:
      • 无向图:边没有方向的图。
      • 有向图:边有方向的图。
  8. 堆(Heap)
    • 定义:堆是一种特殊的树形数据结构,满足堆属性(父节点的值大于或等于(最大堆)或小于或等于(最小堆)其子节点的值)。
    • 特点:常用于实现优先队列,如操作系统的任务调度等。
  9. 字符串(String)
    • 虽然字符串通常不被视为一种独立的数据结构,但在C++中,字符串是一个非常重要的数据类型,常用于表示文本数据。

这些数据结构在C++中都有广泛的应用,并且C++的STL(Standard Template Library)提供了丰富的模板类来实现这些数据结构,如std::vector(动态数组)、std::list(链表)、std::stack(栈)、std::queue(队列)、std::unordered_map(哈希表)、std::map(红黑树实现的映射表)、std::set(红黑树实现的集合)等。见C++ STL模板

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