每日分享程序员掌握的知识之：数据结构！数组/队列/链表/栈-优快云博客

一、数据结构和算法

1.数据结构是计算机存储、组织数据的方式。数据结构是指相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。通常情况下，精心选择的数据结构可以带来更高的运行或者存储效率。数据结构往往同高效的检索算法和索引技术有关。接下来分别介绍下常见的数据结构类型。

1.1 线性结构

1.1.1 数组

h数组（Array）是一种线性表数据结构。它用于存储具有固定大小的相同类型的数据元素。在数组中，数据元素按照有序的方式进行排列，可以通过索引访问数组中的任意位置的元素。

// 动态初始化：初始化时由程序员只指定数组长度，由系统为数组元素分配初始值

char c1[] = new char[5];

// 静态初始化：初始化时由程序员显示置顶每个数组的初始值，由系统决定数组长度

char c2[] = new char[]{'E','D','U','Y','U'};

char c3[] = {'E','D','U','Y','U'};

数组的特点如下：

1 顺序存储：数组中的元素按照顺序存储在连续的内存空间中，每个元素都有一个唯一的索引，可以通过索引快速访问。

2 大小固定：一旦定义了数组的大小，就不能改变。如果需要更大的存储空间，需要重新定义一个新的数组。

3 元素类型相同：数组中的所有元素必须是相同的数据类型。

4 无界数组：数组的长度可以是任意的整数，只要内存空间足够。

数组的优点：

1 访问速度快：由于数组是顺序存储的，可以通过索引直接访问数组中的元素，时间复杂度为O(1)。

2 易于实现：数组是一种简单的数据结构，容易实现和操作。

数组的缺点：

1 大小固定：数组的大小是固定的，不能动态扩展。如果需要更多的存储空间，需要重新定义一个新的数组，这会增加额外的开销。

2 空间利用率低：由于数组是连续的内存空间，即使某些位置没有被使用，也不能被其他数据结构使用，导致空间利用率较低。

1.1.2 队列

队列是一种特殊的数据结构，其特点是遵循先进先出（FIFO）的原则。队列中的元素只能从一端（称为队尾）添加，而从另一端（称为队头）删除。

队列的特点如下：

1 先进先出：队列中的元素遵循先进先出的原则，即最早进入队列的元素最先被删除。

2 插入和删除操作发生在同端：队列中的插入操作发生在队尾，删除操作发生在队头。

3 无界队列：队列的长度可以是任意的整数，只要内存空间足够。

数据结构演示地址：https://www.cs.usfca.edu/~galles/visualization/Algorithms.html

Java代码的具体实现

public static void main(String[] args) {
    Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
    queue.offer(3);//尾插
    queue.offer(6);
    queue.offer(9);
    queue.offer(12);
    System.out.println(queue);
    System.out.println(queue.peek());//访问队列头元素
    System.out.println(queue);
    System.out.println(queue.poll());//删除队列头元素
    System.out.println(queue);
}

1.1.3 链表

链表是一种常见的数据结构，它通过指针将一组零散的内存块串联在一起。链表中的每个内存块被称为节点，每个节点除了存储数据之外，还需要记录链上的下一个节点的地址。

链表的特点是：

1 不需要连续的内存空间。

2 有指针引用。

3 插入、删除数据效率高，时间复杂度为O(1)级别（只需更改指针指向即可）；但是，随机访问效率低，时间复杂度O(n)级别（需要从链头至链尾进行遍历）。

4 和数组相比，内存空间消耗更大，因为每个存储数据的节点都需要额外的空间存储后继指针。

链表包括单向链表、双向链表和循环链表等类型。其中，单向链表的节点只有一个后继指针next指向后面的节点；双向链表的节点除了有一个后继指针next指向后面的节点外，还有一个前驱指针prev指向前面的节点；循环链表与单向链表的唯一区别是尾节点的指针指向头节点，形成一个环。