数据结构整理

一、C语言基础与Linux操作

1. Linux常用指令与工具

• 文件操作 ：ls（列出目录）、cd（切换路径）、touch（创建文件）、mkdir（创建目录）、rm（删除）、cp（拷贝）、mv（移动/重命名）、cat（查看内容）。
• 权限管理 ：su/sudo（权限切换）、passwd（修改密码）。
• vim编辑器 ：
  • 模式切换：命令行模式（yy复制、dd剪切、u撤销）→ 插入模式（i/a/o进入）→ 底行模式（:wq保存退出、:set nu显示行号）。
• gcc编译流程 ：预处理（-E生成.i）→ 编译（-S生成.s）→ 汇编（-c生成.o）→ 链接（生成可执行文件），常用选项：-o（指定输出）、-Wall（警告）、-Werror（警告转错误）。

2. 核心语法要点

• 数据类型 ：

  类型	占位符	字节大小（64位）	取值范围
  int	%d	4	[-2³¹, 2³¹-1]
  unsigned int	%u	4	[0, 2³²-1]
  float	%f	4	有效位6-7位
  double	%lf	8	有效位15-16位
  char	%c	1	[-128, 127]或[0, 255]

• 控制结构 ：

  • 选择结构：if-else（单/双/多分支）、switch（整数/字符匹配，需break）。
  • 循环结构：while（条件控制）、for（计数控制）、do-while（至少执行1次）。
  • 跳转语句：break（跳出循环/switch）、continue（结束本次循环）、goto（无条件跳转，不建议使用）。

• 函数与指针 ：

  • 函数分类：无参无返、有参无返、有参有返；参数传递（值传递、地址传递）。
  • 指针基础：定义（类型 *指针名）、初始化（指向变量、NULL）、运算（p++、*p解引用）。
  • 高级指针：多级指针（int **p）、函数指针（int (*p)(int)）、指针函数（int *func()）。

二、数据结构

1. 线性结构

• 顺序表：

  • 概念：数组实现，逻辑结构为线性结构，存储结构为顺序存储。
  • 操作：创建、插入（尾插、按下标插入）、删除（尾删、按下标删除）、修改、查找、排序（冒泡、选择排序）。
  • 特点：随机访问（O(1)），插入删除需移动元素（O(n)），需预分配空间。

• 链表：

  • 分类：单链表、双向链表、循环链表。
  • 单链表操作：头插、尾插、按位置插入/删除、逆置、查找倒数第n个节点。
  • 双向链表操作：头插、尾插、头删、尾删、正向/逆向遍历。
  • 特点：动态分配内存，插入删除无需移动元素（O(1)），访问需遍历（O(n)）。

• 栈：

  • 概念：先进后出（FILO），表尾（栈顶）操作受限。
  • 实现：顺序栈（数组）、链栈（链表头插头删）。
  • 操作：入栈（push）、出栈（pop）、遍历。

• 队列：

  • 概念：先进先出（FIFO），表尾插入、表头删除。
  • 实现：顺序队列（假溢出问题）、循环队列（解决假溢出）、链式队列。
  • 操作：入队（enqueue）、出队（dequeue）、遍历。

2. 树形结构

• 二叉树 ：
  • 概念：每个节点最多有2棵子树，严格区分左右子树。
  • 特殊类型：满二叉树（所有非叶节点度为2）、完全二叉树（最后一层叶子集中在左侧）。
  • 性质：第i层最多有2^(i-1)个节点；深度为k的树最多有2^k -1个节点；叶子节点数n0 = n2 + 1（n2为度为2的节点数）。
  • 遍历：先序（根左右）、中序（左根右）、后序（左右根）。

3. 哈希表

• 概念：根据关键码值直接访问的数据结构，通过哈希函数映射存储位置。
• 哈希函数 ：直接定址法、数字分析法、平方取中法、除留余数法（H(key) = key MOD p，p为质数）。
• 哈希冲突解决：线性探测法、二次探测法、链地址法（相同哈希值节点组成链表）。

三、算法

1. 查找算法

• 二分查找 ：
  • 前提：有序序列。
  • 步骤：取中间元素比较，若目标值大则在右半区查找，反之在左半区，直至找到或区间为空。
  • 时间复杂度：O(log2n)。

2. 排序算法

• 插入排序：

  • 思想：将待排元素插入有序序列，逐步构建有序序列。
  • 时间复杂度：O(n²)。

• 快速排序：

  • 思想：选择基准值，将序列分为小于基准和大于基准两部分，递归排序子序列。
  • 时间复杂度：平均O(nlogn)，最坏O(n²)。

四、内存管理与高级特性

1. 内存分配

• 存储区域 ：栈区（局部变量、函数参数，自动释放）、堆区（动态分配，malloc/free）、静态区（全局变量、static变量）。
• 动态内存函数 ：malloc（分配内存）、calloc（分配并初始化）、realloc（调整大小）；注意检查返回值（NULL），避免内存泄漏、悬垂指针。

2. 结构体与共用体

• 结构体 ：
  • 定义：struct 结构体名 {成员列表}，可嵌套。
  • 字节对齐：成员偏移量为自身大小整数倍，整体大小为最大成员大小整数倍。
• 共用体：所有成员共享同一块内存，大小为最宽成员大小。

3. 宏与枚举

• 宏定义 ：#define 宏名 宏体（仅替换），带参数宏（#define MAX(a,b) (a>b?a:b)）。
• 枚举 ：enum 枚举名 {成员1, 成员2}，避免"魔鬼数字"，成员为常量。

五、核心对比与面试要点

对比项	顺序表	链表
存储方式	连续内存（数组）	离散内存（节点+指针）
访问效率	O(1)（随机访问）	O(n)（遍历访问）
插入删除效率	O(n)（移动元素）	O(1)（修改指针）
空间分配	静态分配，可能溢出	动态分配，无溢出

• 栈与队列区别：栈先进后出（栈顶操作），队列先进先出（队尾入、队头出）。
• 哈希冲突解决方法：链地址法（常用）、线性探测法、二次探测法。
• 常见问题：野指针（未初始化/指向已释放内存）、内存泄漏（未释放堆内存）、大小端存储（小端：低字节存低地址；大端：低字节存高地址）。