5、数据结构与类型系统深度解析

数据结构与类型系统深度解析

1. 数据结构介绍

1.1 链表（Linked list）

链表中的元素在内存中并非连续存储，每个元素都指向其下一个元素的地址。它在插入和删除操作上具有 O(1) 的时间复杂度，这使得它在这些操作上表现出色。然而，由于元素可以存储在内存的任意位置，无法通过索引直接访问单个元素。不过，如果主要访问列表的开头或结尾，或者只是需要枚举元素，其速度也是相当快的。但检查链表中是否存在某个元素的操作时间复杂度为 O(N)，与数组和列表相同。

链表并不总是比普通列表快，因为每个元素都需要单独分配内存，而不是一次性分配一大块内存，这会增加额外的引用查找，从而影响性能。在需要队列或栈结构时可能会用到链表，但 .NET 已经提供了相应的实现。在日常工作中，除非从事系统编程，否则很少会使用链表，不过在面试中，链表相关的谜题问题很常见，因此了解链表仍然很重要。

在编程的早期，由于内存效率是首要考虑因素，链表更为流行。当时不能因为列表需要增长就分配大量内存，必须进行紧凑存储，而链表就是满足这种需求的理想数据结构。此外，由于其插入和删除操作具有不可抗拒的 O(1) 特性，链表在操作系统内核中仍然经常被使用。

1.2 队列（Queue）

队列是一种数据结构，它允许按照插入顺序读取列表中的元素。只要为读取下一个元素和插入新元素分别设置不同的位置，队列就可以简单地用数组来实现。例如，在 MS - DOS 时代，PC 的键盘缓冲区使用简单的字节数组来存储按键信息，该缓冲区可以防止因软件响应缓慢而丢失按键信息。当缓冲区满时，BIOS 会发出蜂鸣声，提示按键信息不再被记录。幸运的是，.NET 提供了现成的 Qu