C++中数组和链表的区别？
公众号：阿Q技术站
1. 数组（Array）
数组是一种固定大小的线性数据结构，用来存储多个相同类型的元素。数组的大小在编译时就确定，数组的元素在内存中是连续存储的。
特点
- 固定大小：数组在声明时需要指定大小，大小一旦确定无法更改。
- 元素连续存储：数组的元素在内存中是连续存储的，这意味着可以通过下标快速访问元素。
- 随机访问：可以通过下标访问任何位置的元素，时间复杂度为O(1)。
- 内存效率：数组的内存分配是一次性的，没有额外的内存开销，适合存储小型数据。
优缺点
优点：
- 访问速度快：因为数组的元素是连续存储的，可以通过下标快速访问。
- 内存使用效率高：数组在内存中占用的空间是连续的，没有额外的内存开销。
缺点：
- 大小固定：数组的大小在声明时必须指定，一旦创建后不能改变。若需要动态调整数组大小，需要创建新的数组并复制数据。
- 插入和删除操作效率低：插入和删除元素时需要移动大量的元素，尤其是在数组的中间位置，时间复杂度为O(n)。
示例代码
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
// 通过下标访问元素
cout << "First element: " << arr[0] << endl; // 输出: 1
cout << "Second element: " << arr[1] << endl; // 输出: 2
// 修改元素
arr[2] = 10;
cout << "Modified third element: " << arr[2] << endl; // 输出: 10
return 0;
}
解释
arr[5]是一个大小为 5 的数组，元素在内存中连续存储。- 可以通过下标访问和修改数组中的元素。
- 数组在声明时大小固定，不能动态调整。
2. 链表（Linked List）
链表是一种由一系列节点（Node）组成的数据结构，每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。链表的大小可以动态变化，节点之间在内存中不需要是连续存储的。
特点
- 动态大小：链表的大小在运行时可以动态增长或缩小，可以随时插入和删除元素。
- 节点非连续存储：链表的节点在内存中并不连续，每个节点包含一个指针，指向下一个节点。
- 顺序访问：访问链表中的元素时需要从头节点开始，逐个遍历，直到找到目标节点，时间复杂度为O(n)。
- 插入和删除效率高：由于不需要移动其他元素，插入和删除操作的时间复杂度为O(1)，尤其是在链表头部或尾部操作时。
优缺点
优点：
- 大小动态变化：链表不需要在编译时指定大小，可以在运行时根据需要进行插入和删除操作。
- 插入和删除效率高：不需要移动其他元素，可以直接修改指针，插入和删除操作的时间复杂度为O(1)，适合频繁插入和删除的场景。
缺点：
- 访问速度较慢：访问链表中的元素需要从头节点开始逐个遍历，时间复杂度为O(n)。
- 额外的内存开销：每个节点除了存储数据外，还需要存储指向下一个节点的指针，增加了内存开销。
示例代码
#include <iostream>
using namespace std;
class Node {
public:
int data;
Node* next;
Node(int val) : data(val), next(nullptr) {} // 构造函数初始化节点
};
int main() {
// 创建链表节点
Node* head = new Node(1);
head->next = new Node(2);
head->next->next = new Node(3);
// 遍历链表
Node* current = head;
while (current != nullptr) {
cout << "Node data: " << current->data << endl;
current = current->next;
}
return 0;
}
解释
Node类表示链表的节点，每个节点包含一个数据字段data和一个指向下一个节点的指针next。- 通过指针连接各个节点，形成链表。
- 遍历链表时需要从头节点开始，逐个访问每个节点，直到到达链表末尾。
3. 数组和链表的比较
| 特性 | 数组（Array） | 链表（Linked List） |
|---|---|---|
| 存储结构 | 元素在内存中连续存储 | 每个节点在内存中不连续，节点通过指针连接 |
| 大小 | 大小在编译时确定，不能动态改变 | 动态大小，可以在运行时调整 |
| 访问方式 | 随机访问，可以通过下标直接访问元素 | 顺序访问，需要从头节点开始逐个遍历 |
| 插入与删除效率 | 插入和删除时需要移动大量元素，效率较低 | 插入和删除操作较高效，尤其是在链表的头部或尾部插入 |
| 内存使用效率 | 内存分配是一次性的，没有额外开销 | 每个节点需要额外存储一个指针，增加了内存开销 |
| 适用场景 | 适合频繁访问数据且元素个数固定的情况 | 适合频繁插入和删除元素，且数据量不固定的情况 |
| 访问速度 | 访问速度快，O(1) | 访问速度慢，O(n) |
| 内存连续性 | 存储位置连续 | 存储位置不连续 |
适用场景：
-
数组：
- 适合用于数据量固定、并且频繁访问元素的场景，如实现查找、排序等算法。
- 如果程序需要快速随机访问，数组是一个理想选择。
-
链表：
- 适合用于需要频繁插入和删除元素的场景，尤其是在数据量不固定的情况下。
- 比如实现队列、栈等动态数据结构，或者需要动态增长/缩小的情况。
4. 总结
- 数组在内存中是连续的，能够提供快速的随机访问，但大小固定，插入和删除操作效率较低，适用于数据量小且访问频繁的场景。
- 链表是由一系列节点组成的，能够动态增长或缩小，插入和删除操作效率较高，但访问速度较慢，适用于数据量动态变化、需要频繁插入和删除的场景。
选择数组还是链表，取决于你的需求：如果需要快速的访问和固定大小的数据，数组更合适；如果需要频繁地插入和删除，链表则是更好的选择。
