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C语言之数据结构：理解什么是数据结构和算法（启航）

article 2025/3/14 22:34:59

引言

启航篇，理解什么是数据结构和算法

在 C 语言编程领域，数据结构和算法是两个核心且紧密相关的概念

一、数据结构

定义

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（比如数组），它是组织和存储数据的方式，目的是为了更高效地对数据进行访问、插入、删除、修改等操作。

不同的数据结构适用于不同的应用场景，合理选择数据结构可以显著提高程序的性能。

下面以数组来理解一下

例子：数组（Array）

数组就是一种很简单的数据结构

数组是一种线性数据结构，它由相同类型的元素组成，这些元素在内存中连续存储。可以通过下标快速访问数组中的任意元素。

#include <stdio.h>

int main() {
    // 定义一个包含5个整数的数组
    int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 访问数组元素
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");

    return 0;
}

当然数据结构还有很多很多，这里是以数组作为一个例子，带你理解数据结构这个定义，如果还是不理解数据结构的话，没关系，当你学了许多数据结构后，你肯定会有理解，这时再看这个定义，就可以联想到那些数据结构，肯定是可以理解的

数据结合和算法是相互配合使用的，下面来看什么是算法

二、算法

定义

算法是指解决特定问题的一系列明确的、有限的操作步骤。它是对特定问题求解步骤的一种描述，是指令的有限序列，其中每一条指令表示一个或多个操作。算法具有有穷性、确定性、可行性、输入和输出等特性。

例子1. 排序算法 - 冒泡排序（Bubble Sort）

冒泡排序是一种简单的排序算法，它重复地走访过要排序的数列，一次比较两个元素，如果它们的顺序错误就把它们交换过来。

#include <stdio.h>

// 冒泡排序
void bubbleSort(int arr[], int n) {
    for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
        for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) {
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                int temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
            }
        }
    }
}

int main() {
    int arr[] = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);

    // 调用冒泡排序函数
    bubbleSort(arr, n);

    // 输出排序后的数组
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");

    return 0;
}

这里的冒泡排序，就是一种算法，说白了，算法就是解决某个特定类型的问题而写的代码程序

例子2. 搜索算法 - 线性搜索（Linear Search）

线性搜索是一种简单的搜索算法，它从数组的第一个元素开始，逐个比较元素，直到找到目标元素或遍历完整个数组。

#include <stdio.h>

// 线性搜索
int linearSearch(int arr[], int n, int target) {
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        if (arr[i] == target) {
            return i; // 找到目标元素，返回其下标
        }
    }
    return -1; // 未找到目标元素，返回 -1
}

int main() {
    int arr[] = {10, 20, 30, 40, 50};
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
    int target = 30;

    // 调用线性搜索函数
    int result = linearSearch(arr, n, target);

    if (result != -1) {
        printf("目标元素 %d 的下标是 %d\n", target, result);
    } else {
        printf("未找到目标元素 %d\n", target);
    }

    return 0;
}