Data Structures in C++：八大基本数据结构概述

转载自：八大数据结构分类（有删改）

文章目录

1. 数组
2. 栈
3. 队列
4. 链表
5. 树
6. 堆
7. 哈希映射
8. 图

数据结构是指相互之间存在着一种或多种关系的数据元素的集合和该集合中数据元素之间的关系组成。常用的数据结构有以下8种：

1. 数组

数组是可以再内存中连续存储多个元素的结构，在内存中的分配也是连续的，数组中的元素通过数组下标进行访问，数组下标从0开始。例如下面这段代码就是将数组的第一个元素赋值为 1。

int data[100]；
data[0]  = 1;

优点：

按照下标/索引查询元素速度快
按照索引遍历数组方便
可对有序数组进行折半查找/二分查找

缺点：

数组的大小固定后就无法扩容了（动态数组可以扩容)
数组只能存储一种类型的数据
添加，删除的操作慢，因为要移动其他的元素。

适用场景： 频繁查询，对存储空间要求不大，很少增加和删除的情况。

2. 栈

栈是一种特殊的线性表，仅能在线性表的一端操作，栈顶允许操作，栈底不允许操作。栈的特点是：先进后出，或者说是后进先出，从栈顶放入元素的操作叫入栈，取出元素叫出栈。

适用场景： 栈的结构就像一个集装箱，越先放进去的东西越晚才能拿出来，所以，栈常应用于实现递归功能方面的场景，例如斐波那契数列。

3. 队列

队列与栈一样，也是一种线性表，不同的是，队列可以在一端添加元素，在另一端取出元素，也就是：先进先出。从一端放入元素的操作称为入队，取出元素为出队，示例图如下：

适用场景： 因为队列先进先出的特点，在多线程阻塞队列管理中非常适用。

4. 链表

链表是物理存储单元上 非连续的、非顺序的 存储结构，数据元素的逻辑顺序是通过链表的指针地址实现，每个元素包含两个结点，一个是存储元素的数据域 (内存空间)，另一个是指向下一个结点地址的指针域。根据指针的指向，链表能形成不同的结构，例如单链表，双向链表，循环链表等。

优点：
链表是很常用的一种数据结构，不需要初始化容量，可以任意加减元素；
添加或者删除元素时只需要改变前后两个元素结点的指针域指向地址即可，所以添加，删除很快；

缺点：
因为含有大量的指针域，占用空间较大；
查找元素需要遍历链表来查找，非常耗时。

适用场景： 数据量较小，需要频繁增加，删除操作的场景

5. 树

树是一种数据结构，它是由n个有限节点组成一个具有层次关系的集合。把它叫做 “树” 是因为它看起来像一棵倒挂的树，也就是说它是根朝上，而叶朝下的。具有以下的特点：

每个节点有零个或多个子节点；
没有父节点的节点称为根节点；
每一个非根节点有且只有一个父节点；
除了根节点外，每个子节点可以分为多个不相交的子树；

在日常的应用中，我们讨论和用的更多的是树的其中一种结构，就是 二叉树，具有如下特点：

每个结点最多有两颗子树，结点的度最大为2。
左子树和右子树是有顺序的，次序不能颠倒。
即使某结点只有一个子树，也要区分左右子树。

二叉树是一种比较有用的折中方案，它添加，删除元素都很快，并且在查找方面也有很多的算法优化，所以，二叉树既有链表的好处，也有数组的好处，是两者的优化方案，在处理大批量的动态数据方面非常有用。

扩展：
二叉树有很多扩展的数据结构，包括平衡二叉树、红黑树、B+树等，这些数据结构二叉树的基础上衍生了很多的功能，在实际应用中广泛用到，例如mysql的数据库索引结构用的就是B+树，还有HashMap、STL中的map set的底层源码中用到了红黑树。

6. 堆

堆这种数据结构其实就是一颗 “完全二叉树”，每个节点的值总是不大于或不小于其父节点的值. 详见参考：堆和堆排序

将根节点最大的堆叫做 最大堆 或大根堆，根节点最小的堆叫做 最小堆 或小根堆。常见的堆有二叉堆、斐波那契堆等。

堆的定义如下：n个元素的序列{k1,k2,ki,…,kn}当且仅当满足下关系时，称之为堆。 (ki <= k2i,ki <= k2i+1)或者(ki >= k2i,ki >= k2i+1), (i = 1,2,3,4…n/2)，满足前者的表达式的成为小顶堆，满足后者表达式的为大顶堆，这两者的结构图可以用完全二叉树排列出来，示例图如下：

因为堆有序的特点，一般用来做数组中的排序，称为 堆排序。

7. 哈希映射

哈希映射（Hash Map）是根据键值对 (Key value)直接进行访问的数据结构。通过把键值映射到表中一个位置来访问记录，以加快查找的速度，这个映射函数叫做哈希函数，存放记录的数组叫做哈希表。也就是说，使用哈希函数将键映射到存储桶（哈希表）中。这种存储空间可以充分利用数组的查找优势来查找元素，所以查找的速度是最快的。

哈希表在应用中也是比较常见的，就如Java中有些集合类就是借鉴了哈希原理构造的，例如HashMap，HashTable等，利用hash表的优势，对于集合的查找元素时非常方便的，然而，因为哈希表是基于数组衍生的数据结构，在添加删除元素方面是比较慢的，所以很多时候需要用到一种数组链表来做，也就是拉链法，示例图如下：

从图中可以看出，左边很明显是个数组，数组的每个成员包括一个指针，指向一个链表的头，当然这个链表可能为空，也可能元素很多。我们根据元素的一些特征把元素分配到不同的链表中去，也是根据这些特征，找到正确的链表，再从链表中找出这个元素。