引言

我想通过这个教程，使得读者不需要写太多代码，便能理解数据结构的概念和重要性。

很多算法是运行在特殊的数据结构之上的，可以说数据结构和算法是相辅相成的，有句出自某书的非常经典的话是这样说的：

Algorithms Plus Data Structures Equals Programs

即算法加数据结构等于程序。注意这里是程序，不是软件。软件还有工程性在其中。

但是我依然希望能够不讲太多的算法，因为“算法”太多，通过学习大量算法来学习数据结构的方式有些舍本逐末。

我会尽量从构造和设计的角度来阐述数据结构。

构造即我们手上有什么，怎么利用这些去制造我们需要的结构。

设计即我们的目的是什么，为了达成这个目的我们需要什么结构。

在内存里存储数据

在C语言中，我们要处理的数据，都存储在内存中，即便是硬盘中某个文件里存放的小说，要对其内容进行处理，我们依然需要将其加载到内存中，再接着进行后续的处理。

当我们在C语言里定义一个变量，诸如：

int o;

在这句代码之后，我们便可以操作这个变量。

我们可以往里面存放一个整数，那这个整数有多大呢？使用

printf("%d",sizeof(int));

这句代码，可以输出int型变量在其运行设备上的大小。如果你在你的笔记本电脑上编译运行，这个大小应该是4，即4bytes，换算成二进制位(bit)即4*8=32bits。

我们可以利用sizeof测出所有基本类型的大小。这样就有很多不同的盒子去放数据了。

内存里的数据看起来怎么样

上面我们创建了一个int型变量o。在内存里看起来是这样的：

当然现在什么都没有，因为在定义的时候并未初始化，我们也没放任何东西进去。现在存点东西进去：

o = 11;

这下变成这样了：

最后我们显示出这个数据存储单元在内存中的位置（变量地址）：

printf("%d",&o);

现在我们什么都有了：

移动数据

先看看这样一个程序：

#include <stdio.h>
void showcopies(int copies)
{printf("copies %d\n",&copies);
}
int main(void)
{int o;o = 11;printf("original %d\n",&o);showcopies(o);return 0;
}

在这个程序里我们定义了一个函数，并且利用参数传递，将变量o“移动”到了showcopies这个函数中，并且“改名”叫做copies。

主函数main里输出了o这个变量的地址，showcopies里输出了移动后的o的地址。

最后的结果是什么样呢？可以试着运行看看。

我去泡杯咖啡喝……

如果你在程序里加入了输出变量o和变量copies的值的语句，你会更加肯定，被“移动”的只有变量o的值而已。

也就是说，当我们进行参数传递的时候，其实是在新的一块内存区域里开辟一个同样大小的空间，然后把作为参数传递的变量的内存空间里的数据复制到新的空间中。

一组数据

数组（Array）这个名字其实有些呆，因为光看中文名给人的感觉就是一组数，诸如(1,2,3)这样的，但事实上还可以是('a','b','c')。我倾向于把Array理解为一列数据或者一组数据。

#include <stdio.h>
int main(void)
{int m[3];int i;for(i=0;i<3;i++) printf("%d\n",&m[i]);return 0;
}

运行上面的程序，就可以看到（图画的我累，所以这里不画了=。=）这样的结果：

2686736

2686740

2686744

这三个地址便是数组m里三个依次相邻元素的地址。因为每个int变量占据4bytes，所以这三个int变量的地址是依次相差4（bytes）。数据里的数据，在内存里是连续存放的。

这样的好处在于访问会特别快，我们只需要知道第一个变量的地址，就能通过向后移动一定的位置来读取另一个变量。

正如我们在程序里使用的访问方式一样，[]括号里加入索引号，便能访问，在实际的程序运行中，这种直接访问的速度也非常快。

移动一组数据或自定义数据类型

当我们尝试在函数调用的时候传递数组（Array）或者自定义的数据类型（结构体）时，会出现一种例外。

因为这两类数据在内存里占用的空间可能会很大，所以全部复制到一个新空间里实在不是很划算的一件事。甚至多数时候我们不需要一个新的备份，只需要在原来的数据上修改就行。

所以对于这两类数据，C语言里使用指针（Pointer）来操作。

int m[3];
int *first_element_address;
first_element_address = &m[0];

printf("%d\n",*(first_element_address+1)==m[1]);

当调用函数时，会生成传递参数的指针变量，再将这个指针变量传递过去。

至于验证方法，可以利用移动数据一段中的程序来检验。作业1。

/* Cheatsheet for using pointer in C */
/* 生成指针 */
pointer = &variable;
/* 用指针读取指向变量的值，再与指向变量的值进行相等判断 */
*pointer == variable;
/* 当pointer指向一块连续数据区域时，例如数组 */
*(pointer+index) == array[index];

来，我们来实现一个可变数组

先看看C语言的数组，有两个明细的缺陷：

1. 如果访问数组的时候下标（索引值）越界，会发生错误。

2. 数组的大小是固定的。

因此我们要设计一个用起来更好的，比如拥有如下特性：

1. 可以检查是否越界

2. 可变大小

数组的数据在内存中皆是连续存放的，因此我们需要一个用于存放连续数据的区域。

作业2

参考

1. http://en.wikipedia.org/wiki/Algorithms_%2B_Data_Structures_%3D_Programs

2. 《Linux C编程一站式学习》 宋劲杉