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了解什么是C语言中的数据结构及其用途

作者：Simplilearn最后更新于2022年6月23日1019

Data Structures in C

C语言中的数据结构类型

Data_Structures_in_C_1

C语言中的数据结构可以分为两类。

原始数据结构

C语言中的原始数据结构是那些已经在C语言中定义的基本数据结构。这些数据结构只可以用来存储一个单一的值。它们是数据操作的基础。C语言中的原始数据结构（也被称为原始数据类型）包括int、char、float、double和pointers。

非原始数据结构

C语言中的非原始数据结构也被称为派生数据结构，因为它们是从原始数据结构派生出来的。使用非原始数据结构可以存储大量的值。存储的数据也可以用各种操作来处理，如插入、删除、搜索、排序等。像数组、树、堆栈等数据结构都属于这一类别。

C语言中的非原始数据结构可以进一步划分为两类。

1.线性数据结构

C语言中的线性数据结构是以顺序或线性方式存储数据的。存储的每个元素的内存位置都可以按顺序访问。这些元素在内存中可能不是相邻的，但是，每个元素都以某种方式连接到下一个元素。例如，数组、链接列表、堆栈等。

2.非线性数据结构

C语言中的非线性数据结构以非顺序的方式存储数据。数据被存储在多个层面。非线性数据结构的实现比线性数据结构更复杂。例如--图、树。

在大小的基础上，C语言的数据结构也可以分为以下几种。

静态数据结构

数据结构的静态性表现在分配给它们的内存上。这种数据结构的大小是固定的，因为内存是在编译时分配给它们的。然而，存储的元素的值不是静态的，可以在任何时候修改。例子--数组。

动态数据结构

C语言中的动态数据结构能够在程序运行期间自我调整大小。分配给这种数据结构的内存空间可以被修改（增加或减少），从而为操作存储在其中的数据提供更大的灵活性。例子 - 链接列表。

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C语言中的数组数据结构

Data_Structures_in_C_2.

C语言中的数组数据结构是一种线性数据结构，可以描述为将多个类型相似的实体组成一个较大的组。这些实体或元素可以是int、float、char或double数据类型，也可以是用户定义的数据类型，如结构。数组是C语言中最常用的数据结构之一，因为它有许多实际意义，也有现实生活的意义。

让我们举一个现实生活中的例子。比方说，你想打印1-100个数字。现在，为了存储它们，你可以做两件事。第一种是制作100个变量，将1-100的数字分别存储在这些变量中。第二种方法是创建一个大小为100的数组，在O(1)时间内将数字存储在该数组中。很明显，第二种方法比第一种方法更加优化和实用，因为将这些数值存储在一个数组中比创建100个变量更加方便。

单维数组或一维数组是C语言中最常见和最常用的数组形式。一维数组由相似类型的元素组成，这些元素可以通过它们的索引进行访问。

还请阅读:数据结构中的数组。指南与实例

// 声明一个一维数组

dataType arrayName [size];

下面的例子说明了C语言中的数组数据结构。

#include <stdio.h>

int main()

{

int i;

//初始化一个数组。

int my_array[10] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};

// 输入要插入的元素的索引。

int pos;

printf("输入位置：")。

scanf("%d", &pos);

// 输入要插入的元素。

int element;

printf("输入元素：")。

scanf("%d", &element);

如果(pos > 10)

{

printf("Input is invalid!")。

}

否则

{

// 将数组元素右移。

for (i = 9; i >= pos - 1; i--)

my_array[i + 1] = my_array[i];

// 在 "pos "处插入一个元素。

my_array[pos - 1] = element;

printf("插入后的数组是：\n")。

//打印数组元素。

for (i = 0; i <= 10; i++)

printf("% d", my_array[i])。

}

返回0。

}

Data_Structures_in_C_3

还请阅读。什么是C语言编程？

C语言中的堆栈数据结构

Data_Structures_in_C_4

堆栈是一个数据结构，它以线性或顺序的方式存储元素。栈中最后插入的元素是首先被移除的元素。这也被称为后进先出（LIFO）方法。为了保持对最后插入的元素的跟踪，其索引被命名为顶部。一旦有新的值插入到堆栈中，这个顶就会被更新。

同时阅读：数据结构中使用数组的堆栈实现

语法

堆栈结构

{

int myStack[capacity];

int top;

};

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堆栈的基本操作

以下是操作存储在堆栈中的数据的基本操作。

推入（插入）。推送操作在堆栈的顶部插入一个新元素。顶部被更新并指向新添加的元素。
Pop (Deletion):pop操作删除了存在于堆栈顶部的元素。被删除的元素由pop()函数返回。
isEmpty（空）。这个操作检查堆栈是否为空。在堆栈为空的情况下，顶部的值一般为-1。
Peek: peek操作简单地返回存在于栈顶的元素。

使用数组实现堆栈

下面的程序使用数组实现了一个堆栈。

#include <stdio.h

#include <stdlib.h>

#define capacity 15

int count = 0;

// 使用结构的堆栈定义。

结构STACK

{

int myStack[capacity];

int top;

};

// 创建一个堆栈的函数。

void buildStack(struct STACK *stack)

{

stack->top = -1;

}

// 用来检查堆栈是否满了的函数。

// 栈满 -> 溢出条件。

int isStackFull(struct STACK *stack)

{

如果(stack->top == capacity - 1)

返回1。

否则

返回0。

}

// 检查堆栈是否为空的函数。

// 堆栈为空 -> 处于下溢状态。

int isEmpty(struct STACK *stack)

{

如果(stack->top == -1)

返回1。

否则

返回0。

}

// 在堆栈中进行推送操作的函数。

void push(struct STACK *stack, int dataValue)

{

如果(isStackFull(stack))

{

printf("溢出！堆栈已满。")。

}

否则

{

stack->top++;

stack->myStack[stack->top] = dataValue。

}

count++;

}

// 在堆栈中执行弹出操作的函数

// 并返回被删除的值。

void pop(struct STACK *stack)

{

如果(isEmpty(stack))

{

printf("\nUnderflow! The stack is empty. \n")。

}

否则

{

printf("删除的值是: %d\n", stack->myStack[stack->top])。

stack->top--。

}

count--;

}

// 打印栈中元素的函数。

void printValues(struct STACK *stack)

{

printf("The elements of the stack are:\n")。

for (int i = 0; i < count; i++)

{

printf("%d\n", stack->myStack[i])。

}

int main()

{

struct STACK *stack = (struct STACK *)malloc(sizeof(struct STACK))。

// 创建一个堆栈。

buildStack(stack);

// 在堆栈中插入数据值。

push(stack, 10);

push(stack, 20);

push(stack, 30);

push(stack, 40);

// 打印堆栈的元素。

printValues(stack);

// 删除顶部的一个项目。

pop(stack);

// 打印执行pop操作后的堆栈元素。

printf("\nThe stack elements after the pop operation: \n")。

printValues(stack);

printf("\n\n")。

}

Data_Structures_in_C_5.

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C语言中的队列数据结构

Data_Structures_in_C_6.

队列是另一种数据结构，以线性或顺序的方式存储元素。在队列中第一个插入的元素就是首先被删除的元素。这也被称为先进先出（FIFO）规则。由于元素从一端插入，从另一端移出，所以必须保持第一个和最后一个索引的跟踪。这些被称为队列的前端和后端。

在现实生活中，有许多类似于C语言中队列数据结构的例子。想象一下一个等待看牙医的人的队列。病人将以先来后到的方式接受服务。C语言中的队列是以同样的方式实现的。

语法

结构 Queue {

int myQueue[容量]。

int front, rear;

};

基本队列操作

以下是为操作存储在队列中的数据而进行的基本操作。

Enqueue。这个操作在队列的末端插入一个新元素。当一个新元素被插入队列时，后方指针被更新。
Dequeue:该操作删除队列前端的现有元素。当一个元素从队列中被移除时，前面的指针被更新。
isEmpty（空）。isEmpty操作是为了检查当前队列是否为空。
isFull: 这个函数用来确定队列是否已经达到其容量。
Peek：这个操作只是返回队列前面存在的元素。

使用数组实现队列。

下面的程序使用数组实现了一个队列。

#include <stdio.h

#include <limits.h

#include <stdlib.h>

#define capacity 15

// 使用结构来定义队列。

结构 QUEUE

{

int front, rear, size;

//int capacity;

int myQueue[capacity];

};

// 创建一个队列的函数。

void buildQueue(struct QUEUE *queue)

{

queue->front = -1;

queue->rear = -1;

}

// 检查队列是否已满的函数。

int isFull(struct QUEUE *queue)

{

如果(queue->front == 0 && queue->rear == capacity - 1)

返回1。

否则

返回0。

}

// 用来检查队列是否为空的函数。

int isEmpty(struct QUEUE *queue)

{

如果(queue->front == -1)

返回1。

否则

返回0。

}

// 在队列中执行enqueue操作的函数。

void enqueue(struct QUEUE *queue, int item)

{

如果(isFull(queue))

返回。

否则

{

如果(queue->front == -1)

queue->front = 0。

queue->rear++;

queue->myQueue[queue->rear] = item。

}

// 在队列中执行删除操作的函数

// 并返回删除的值。

void dequeue(struct QUEUE *queue)

{

如果(isEmpty(queue))

{

printf("The queue is empty.\n")。

返回。

}

否则

{

int deletedValue = queue->myQueue[queue->front]。

如果（queue->front >= queue->rear）。

{

queue->front = -1。

queue->rear = -1。

}

否则

{

queue->front++;

}

printf("被删除的值是：%d\n", deletedValue)。

}

void printValues(struct QUEUE *queue)

{

printf("队列的元素是：\n")。

for (int i = queue->front; i <= queue->rear; i++)

{

printf("%d \n", queue->myQueue[i])。

}

int main()

{

struct QUEUE *queue = (struct QUEUE *)malloc(sizeof(struct QUEUE))。

// 创建一个队列。

buildQueue(queue)。

enqueue(queue, 100);

enqueue(queue, 200);

enqueue(queue, 300);

enqueue(queue, 400);

// 打印队列的元素。

printValues(queue)。

// 从队列中删除一个项目。

dequeue(queue);

// 打印执行去阙操作后的队列元素。

printf("\nThe queue elements after the queue operation: \n")。

printValues(queue);

printf("\n\n")。

}

Data_Structures_in_C_7

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C语言中的关联列表数据结构

Data_Structures_in_C_8.

本文的第四个也是最后一个线性数据结构是链表。与数组不同，链接列表的元素是不连续存储的。它们可以存储在内存的任何地方，并且不相邻地连接。我们必须使用一个指针将这些元素连接起来。

一个链表是以第一个节点的指针为首，该节点被称为头节点。头节点或头部不包含任何值，但它存储了列表中第一个元素的地址。

还可以阅读。C++的7大实际应用以及在该领域建立事业的方法

如果链表是空的，头部将是NULL。

链表的一个节点由两部分组成。

数据。数据是该节点所代表的值。例如，1、2、0，等等。
指向下一个节点的指针。节点的这一部分包含下一个节点的地址。

语法

// 一个链表节点

结构 Node {

int data; // 节点的数据

struct Node* next;

};

单链表

通常的链表也被称为单链表。到目前为止，我们所讨论的关于链表的一切都适用于单链表。像节点有两个部分，数据和指针，其中指针持有下一个元素的地址，以此类推。下面的例子说明了C语言中的单链表。

#include <stdio.h

#include <stdlib.h>

结构 Node

{

int data;

结构Node *next;

};

// 用来打印存储在链表节点中的数值的函数

// 存储在链表节点中的值。

void print(struct Node *n)

{

while (n != NULL)

{

printf(" %d ", n->data)。

n = n->next;

}

int main()

{

struct Node *head = NULL;

结构体 Node *second = NULL;

结构Node *third = NULL。

// 在内存中分配3个节点。

head = (struct Node *)malloc(sizeof(struct Node))。

second = (struct Node *)malloc(sizeof(struct Node))。

第三 = (struct Node *)malloc(sizeof(struct Node))。

head->data = 1; //在第一个节点中分配数据

head->next = second; //存储第二个节点的地址

second->data = 2; //将数据分配给第二个节点

second->next = third; // 存储第三个节点的地址

third->data = 3; //给第三个节点分配数据

third->next = NULL; //结束列表。

//打印链接列表。

printf("单链表是：")。

print(head);

返回0。

}

Data_Structures_in_C_9

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C语言中的树形数据结构

Data_Structures_in_C_10

树是C语言中的一种动态数据结构，表示节点的分层连接。

让我们来讨论一些最流行和最重要的树。

二进制树

每个节点最多可以有2个孩子的树被称为二叉树。父节点左侧的子节点被称为左子，而父节点右侧的子节点被称为节点的右子。

二叉树中的一个节点主要由三部分组成：节点的数据、左子节点的指针和右子节点的指针。在C语言中，用一个结构来表示二叉树的节点。请看下面的片段。

结构node

{

int data; // 节点的数据

struct node* left; // 指向左边子节点的指针

结构节点* right; // 指向右侧子节点的指针

};

这里，data是节点的值，而left和right分别是指向左子和右子的指针。

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

结构节点

{

int data; // 节点的数据

struct node *left; // 指向左边的指针

struct node *right; // 指向右边的指针

};

// 顺序遍历

// 1.左边的孩子

// 2.根节点

// 3. 右边的孩子

void inorderTraversal(struct node *root)

{

如果(root == NULL)

返回。

inorderTraversal(root->left);

printf("%d ->", root->data);

inorderTraversal(root->right)。

}

// 预排序遍历

// 1.根节点

// 2. 左边的孩子

// 3.右边的孩子

void preorderTraversal(struct node *root)

{

如果(root == NULL)

返回。

printf("%d ->", root->data);

preorderTraversal(root->left);

preorderTraversal(root->right)。

}

// 后序遍历

// 1.左边的孩子

// 2.右边的孩子

// 3.根节点

空白postorderTraversal(struct node *root)

{

如果(root == NULL)

返回。

postorderTraversal(root->left);

postorderTraversal(root->right)。

printf("%d ->", root->data)。

}

// 创建一个新的Node。

struct node *createNode(value)

{

结构节点 *newNode = malloc(sizeof(struct node))。

newNode->data = value;

newNode->left = NULL;

newNode->right = NULL。

返回newNode。

}

// 在节点的左边插入。

结构节点 *insertLeft(结构节点 *root, int value)

{

root->left = createNode(value);

返回root->left。

}

// 在节点的右边插入。

结构节点 *insertRight(结构节点 *root, int value)

{

root->right = createNode(value);

返回root->right。

}

int main()

{

// 创建一个根节点

struct node *root = createNode(1);

// 在树上插入新的节点

insertLeft(root, 2);

insertRight(root, 3);

insertLeft(root->left, 4);

printf("Inorder traversal\n")。

inorderTraversal(root);

printf("\nPreorder traversal \n")。

preorderTraversal(root);

printf("\Postorder traversal \n")。

postorderTraversal(root)。

}

Data_Structures_in_C_11.

二进制搜索树（BST）

二进制搜索树或BST是二进制树的一个优化版本。和二叉树一样，BST的一个节点也最多可以有2个子节点。二进制树和BST的主要区别在于节点的排列顺序。二叉树的节点不遵循任何顺序，而BST的节点则遵循以下顺序。

父节点的左侧子节点的值应该比父节点的值小。

父节点的右边子节点的值应该比父节点的值高。

一个节点的左、右子树也必须是二进制搜索树。

还请阅读。数据结构中的树简介

C语言中的图数据结构

Data_Structures_in_C_12.

C语言中的图数据结构是一种动态的、非线性的数据结构，由顶点和连接这些顶点的一些边组成。这些顶点只不过是节点。如果有一条边将两个节点连接起来，那么这两个节点就被称为相邻的节点。

另请阅读：数据结构中图的一站式解决方案

以下两种图的表示方法是最常用的。

毗连矩阵

邻接矩阵是一个二维的正方形矩阵，即大小为V x V，其中V是图的顶点数量。邻接矩阵就像普通的二维矩阵一样表示，也用于加权图。如果你看到adj[i][j]=1，其中adj是矩阵的名称，那么它意味着顶点 "i "和顶点 "j "之间有一条边。

毗连列表

邻接列表与数组相同。数组的大小代表图中顶点的总数。它也被用来表示加权图，其中一个对子列表表示边的权重。

下面的例子说明了C语言中的Graph数据结构。

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

// 表示邻接列表节点的结构。

结构AdjListNode

{

int dest; // 节点的数据

结构 AdjListNode *next; // 指向下一个节点的指针

};

// 表示一个邻接列表的结构。

结构 AdjList

{

结构 AdjListNode *head;

};

结构Graph

{

int V;

结构 AdjList *array;

};

// 创建一个新的邻接列表节点的函数。

结构 AdjListNode *newAdjListNode(int dest)

{

结构 AdjListNode *newNode =

(struct AdjListNode *)malloc(sizeof(struct AdjListNode))。

newNode->dest = dest;

newNode->next = NULL。

返回newNode。

}

// 创建一个具有V个顶点的图形的函数。

结构图 *createGraph(int V)

{

结构图 *graph =

(struct Graph *)malloc(sizeof(struct Graph))。

graph->V = V。

// 创建一个大小为V的数组

大小为V的//邻接列表。

graph->array =

(struct AdjList *)malloc(V * sizeof(struct AdjList))。

//初始化每个邻接列表

// 变成空的，头部为NULL

int i;

for (i = 0; i < V; ++i)

graph->array[i].head = NULL。

返回图形。

}

//向无定向图添加一条边。

void addEdge(struct Graph *graph, int src, int dest)

{

//添加一条从源点到目的地的边。

struct AdjListNode *newNode = newAdjListNode(dest);

newNode->next = graph->array[src].head;

graph->array[src].head = newNode。

//添加一条从目的地到源头的边。

newNode = newAdjListNode(src);

newNode->next = graph->array[dest].head;

graph->array[dest].head = newNode。

}

// 用来打印邻接列表的函数。

void printGraph(struct Graph *graph)

{

int i;

for (i = 0; i < graph->V; ++i)

{

struct AdjListNode *pCrawl = graph->array[i].head;

printf("\n Adjacency list of vertex %d\n head ", i);

while (pCrawl)

{

printf("-> %d", pCrawl->dest)。

pCrawl = pCrawl->next;

}

printf("\n")。

}

int main()

{

int V = 5;

结构图 *graph = createGraph(V);

addEdge(graph, 0, 1);

addEdge(graph, 0, 4);

addEdge(graph, 1, 2);

addEdge(graph, 1, 3);

addEdge(graph, 1, 4);

addEdge(graph, 2, 3);

addEdge(graph, 3, 4);

//打印邻接列表。

printGraph(graph);

返回0。

}

Data_Structures_in_C_13.

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总结!

总而言之，在这篇关于C语言中的数据结构的综合指南中，你了解了你可以用C语言编程创建的各种数据结构。你从简要介绍C语言中的数据结构开始，讨论了数据结构的类型和可以对其进行的操作。

为什么到此为止呢？你可以在Simplilearn为期9个月的全栈网络开发认证培训中学习更多这样有趣的软件开发概念。你将学习重要的工具和技术，如敏捷方法论、DevOps文化、Java及其框架，如Hibernate、Spring、JPA等。

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如果你对这篇 "C语言中的数据结构 "文章有任何疑问或建议，请在评论框中提及，我们的专家会尽快为你解答。

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