8大【嵌入式】必学数据结构!建议收藏~

企业   2024-11-04 18:30   北京  


在嵌入式系统开发中,数据结构的选择对于优化内存使用、提高程序效率和简化代码逻辑至关重要。


今天华妹帮大家盘点了嵌入式开发中常用的八种数据结构(建议收藏):


一、数组(Array)


数组是一种简单的线性数据结构,用于存储相同类型的元素集合。


在嵌入式系统中,数组常用于存储配置信息、传感器数据或缓冲区。可以通过数据名+下标的方式访问数组中的元素,数组中元素的存储是按照先后顺序,内存中也同样按照这个顺序,相邻元素地址之差,就代表一个元素的大小。


优点:访问速度快,因为元素存储在连续的内存位置。

缺点:删除速度慢,大小固定,一旦分配就无法改变。


常见面试题如下:

  • 什么是数组

  • 数组与指针的区别

  • 多维数组是如何存储的

  • 如何复制一个数组

  • 如何创建动态数组

  • 如何将一个数组作为参数传递给函数

  • 如何计算数组的大小


二、链表(Linked List)


链表由一系列节点组成,每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。链表适用于需要频繁插入和删除元素的情况。


优点:动态扩展,易于插入和删除元素。

缺点:随机访问慢,需要遍历链表。


常见面试题如下:

  • 什么是链表

  • 链表与数组有哪些主要的区别

  • 如何在链表的任意位置插入一个新节点

  • 如何反转一个单链表

  • 如何检测一个链表是否有环

  • 如何对链表进行排序

  • 链表与数组的主要区别是什么


三、栈(Stack)


栈是一种后进先出(LIFO)的数据结构,常用于函数调用、递归处理或临时保存数据。


优点:简单高效,易于实现。

缺点:只允许在一端进行插入和删除操作。


常见面试题如下:

  • 解释栈数据结构的概念

  • 如何在C语言中实现一个基于数组的栈

  • 如何在C语言中实现一个基于链表的栈

  • 如何向栈中添加一个新元素

  • 如何从栈中移除一个元素

  • 如何检查栈是否为空


四、队列(Queue)


队列是一种先进先出(FIFO)的数据结构,适用于任务调度、消息传递等应用场景。


优点:保证了数据的顺序处理。

缺点:实现稍微复杂一些。


常见面试题如下:

  • 队列与栈有哪些主要的区别

  • 如何实现一个基于数组的队列

  • 如何实现一个基于链表的队列

  • 如何判断一个队列是否为空或满

  • 如何实现一个循环队列

  • 如何在循环队列中判断队列是否为空或满

  • 如何实现一个线程安全的队列

  • 队列有哪些实际应用场景

五、堆(Heap)


堆是一种特殊类型的完全二叉树。它可以是最大堆或最小堆,其中父节点的值总是大于(或小于)其子节点的值。堆常用于实现优先队列和堆排序算法。


优点:高效的插入和删除操作、实现简单。

缺点:查找操作效率低、不适合随机访问、动态大小限制。


常见面试题如下:

  • 解释堆数据结构的概念

  • 如何在C语言中实现一个最小堆

  • 如何在C语言中实现一个最大堆

  • 如何构建一个堆

  • 如何向堆中插入一个新元素

  • 如何从堆中删除一个元素

  • 如何实现堆排序算法


六、散列表哈希表(Hash Table)


散列表通过散列函数将键映射到数组索引上,可以快速查找数据。


优点:查找速度快,平均时间复杂度接近 O(1)。

缺点:需要处理哈希冲突,占用额外内存。


常见面试题如下:

  • 实现一个简单的散列表

  • 解释什么是散列表的负载因子,并讨论如何确定合适的负载因子

  • 列举并解释几种常见的散列表冲突解决策略

  • 分析散列表的基本操作(插入、查找、删除)的平均时间复杂度,并讨论如何优化


七、树(Tree)


树是一种非线性的数据结构,由节点和边组成,用于组织层次结构的数据。二叉搜索树和AVL树等变种在嵌入式系统中特别有用。


优点:可以有效地组织和搜索数据。

缺点:实现复杂,需要维护平衡。


常见面试题如下:

  • 实现一个二叉树,包括创建、插入、遍历(前序、中序、后序)和删除操作

  • 解释什么是AVL树,并实现AVL树的插入操作


八、图(Graph)


图由节点(顶点)和边组成,可以用来表示复杂的关系和网络结构。


优点:非常适合表示复杂的关系。

缺点:实现和处理相对复杂。


常见面试题如下:

  • 设计并实现一个图的数据结构,包括节点和边,并提供添加节点和边的方法

  • 实现图的深度优先搜索 (DFS) 和广度优先搜索 (BFS)


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