使用C++实现经典数据结构：数组与链表

# 1. C 语言基础与数组 ## 1.1 C 语言基础回顾 在这一节中，我们将回顾C语言的基本语法和特性，包括变量声明、条件语句、循环结构等。 ## 1.2 数组的概念与基本操作 本节将介绍数组的概念，以及如何声明、初始化和访问数组元素。 ## 1.3 数组的内存分配与访问方法 学习如何在内存中分配数组空间，并探讨指针与数组之间的关系。 ## 1.4 多维数组与数组的应用场景 深入研究多维数组的概念和用法，并讨论在不同应用场景下数组的实际应用。 # 2. 链表的基本概念与实现 链表是一种常见的数据结构，它由一系列节点组成，每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。链表相对于数组来说，在插入和删除操作上有更高的灵活性，但访问元素的效率较低。在本章中，我们将深入探讨链表的定义、基本操作、内存管理、遍历与搜索算法，以及链表与数组的对比与选用。 ### 2.1 链表的定义与基本操作 在链表中，每个节点包含两部分内容：数据和指向下一个节点的指针。链表的定义可以用以下的类来表示： ```java class Node { int data; Node next; Node(int data) { this.data = data; this.next = null; } } ``` 在上面的示例中，我们定义了一个Node类，它包含数据data和指向下一个节点的指针next。接下来，我们将介绍链表的基本操作，包括插入、删除、查找等操作。 ### 2.2 链表的内存管理 链表的内存管理通常涉及节点的创建和删除。在Java中，可以使用new关键字来创建新的节点，而Java的垃圾回收机制会自动管理不再使用的节点的内存。在C语言中，需要手动管理节点的内存，比如使用malloc来分配内存，使用free来释放内存。 ### 2.3 链表的遍历与搜索算法 链表的遍历是指按顺序访问链表中的每个节点。而搜索算法则是在链表中查找特定的元素。常见的搜索算法包括线性搜索和二分搜索（前提是链表有序）。 ```java // 链表的线性搜索 public boolean search(Node head, int key) { Node current = head; while (current != null) { if (current.data == key) { return true; } current = current.next; } return false; } ``` ### 2.4 链表与数组的对比与选用 链表与数组是两种常见的数据结构，它们各自有着优点和缺点。链表适合频繁的插入和删除操作，而数组适合频繁的访问操作。在实际应用中，我们需要根据具体的场景来选择使用链表还是数组，或者它们的组合。 通过本章的学习，我们对链表的定义、基本操作、内存管理、遍历与搜索算法有了更深入的了解，同时也了解了链表与数组的适用场景及其特点。接下来，我们将进一步探讨数组与链表的应用案例。 # 3. 数组与链表的应用案例 在本章中，我们将探讨数组与链表在实际应用中的使用场景和案例。我们将分别使用数组和链表来实现栈与队列，并比较它们在算法与数据结构中的应用。最后，我们将对数组与链表的性能进行对比分析，以及进行几个案例分析。 ### 3.1 使用数组实现栈与队列 #### 3.1.1 栈的数组实现 ```java // Java代码示例：使用数组实现栈 public class ArrayStack { private int[] array; private int top; private int capacity; public ArrayStack(int capacity) { this.capacity = capacity; this.array = new int[capacity]; this.top = -1; } public void push(int item) { if (top == capacity - 1) { System.out.println("Stack Overflow"); return; } array[++top] = item; } public int pop() { if (top == -1) { System.out.println("Stack is empty"); return -1; } return array[top--]; } public int peek() { if (top == -1) { System.out.println("Stack is empty"); return -1; } return array[top]; } public boolean isEmpty() { return (top == -1); } } ``` #### 3.1.2 队列的数组实现 ```python # Python代码示例：使用数组实现队列 class ArrayQueue: def __init__(self, capacity): self.capacity = capacity self.array = [None] * capacity self.front = 0 self.rear = 0 self.size = 0 def enqueue(self, item): if self.size == self.capacity: print("Queue is full") return self.array[self.rear] = item self.rear = (self.rear + 1) % self.capacity self.size += 1 def dequeue(self): if self.size == 0: print("Queue is empty") return None item = self.array[self.front] self.front = (self ```