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      [最基础的数据结构]
        作者:陈宇彤
     
    [正文]
      任何一个受过专业训练的程序员,对“数据结构”涉及到各种数据结构都不会感到陌生。但实际的编程工作中,大部分的数据结构都不会用到,而且也许永远不会用到,造成这种现象的原因有二:一是根据80/20法则,常用数据结构只会占到少部分,二是计算机语言往往已经对常用数据结构进行了良好的封装,程序员不需要关心内部的实现。
      虽然如此,深入地理解基本数据结构的概念和实现细节,仍然是每一个程序员的任务,这不仅是因为,掌握这些知识将有利于更加正确和灵活地应用它们,而且也是因为,对于语言背后的实现细节的求和欲是一个优秀的程序员的素质。
      我在这篇文章中讨论实际的编程最经常使用的三种数据结构:字符串、数组和Hash表。
    字符串:
      严格地说:字符串(String),甚至不能算作一种单独的数据结构,至少在C语言训,它仅仅是某种特定类型的数据而已,但是字符串在实际使用中是如此重要因此它值得被作为一种抽象数据类型单独进行讨论,并且在我们讨论的三种结构排名第一。
      C语言中,字符串产并不是一种独立的数据类型,也没有提供将字符串作为一个整体进行处理的运算符,对字符串的所有操作,实际上都是通过对字符数据操作来完成。
      在Java和C#中的字符串,是一个封装了常见操作的类,这一点和C++类似。一个特殊之处是,无论是在Java还在在C#中,String的内容不能够被改变,如果代码试图改变一个String对象,实际结果是建立一个新的String对象,并抛弃旧的对象如下例:

    String s=””;
    For (int i=0;i<10000;i++){
    S+=i+”,”;
    }

      结果是建立并抛弃了10000个String对象,这在性能上的开销惊人的,为了避免这种情况,应该使用StringBuilder对象,它可以改变其内容,(C#一直使用StringBuilder。Java从1.5开始引入StringBuilder以部分替代StringBuffer,它们的主要区别在于线程安全性)如下例:

    StringBuilder sb=new StringBuilder();
    for(int i=0;i<10000;i++){
    sb.append(i+”,”);
    }

    数组
      从抽象类型的意义上来说,一维数组(array)定义是:具有相同数据类型的若干个元素的有限序列。
      C语言中,数组意味着一块连续的内存空间,按顺序存放着若干个相同数据类型的元素,可以通过下标来访问数组中的元素。如下例

    int a[10];
    for (int i=0;i<10;i++){
    a[i]=I;
    }

      和C语言相比,Java语言提供的类似容器更引人注目,Java将序列(List)作为一个单独的接口提取出来,并提供了两个实现:ArrayList和LinkedList,从名字就可以看出来,前者是通过数据来实现的,后者则通过琏表,由于都实现了List接口中,二者可以支持同样的基本操作方式,不同的是ArrayList在频繁进行随机访问时有效率上的优势,而LinkedList在频繁进行插入和删除操作时效率较优,实现了List接口的类还有Vector和Stack,但是它们在Java1.1就被废弃了,由于LinkedList可以在序列的头尾插入和删除元素,它可以很好的实现Stack和Queue的功能。
      Java在1.5以前的版本中也不支持模板,因此List(以及其他的内容器)接受Object类型作为元素,由于在Java中所有的类都派生自Object,所以这些容器能够支持任何对象,对于不是对象的基本类型,Java提供了一种包装类(wrapped Class)它能够将基本类型转换成常规的类,从而获得容器的支持。
      Hash表
      作为一种抽象数据结构,词典(Dictionary)定义为键值对(Key-Value>的集合,举例来说,在电话号码本中,通过查找姓名、来找到电话号码,这个例子中姓名是key,电话号码是value,又比如,在学生的花名册中,通过查找学号、来找到学生的姓名,这个例子中学号是key,学生的姓名是value,词典最常见的实现方式是Hash表。
      Hash表的实现思路如下:通过某种算法,在键-值地的存储地址和键-值对中的key之间,建立一种映射,使得每一个key,都有一个确定的存储地址与之对应,这种算法被封装在hash函数中,在查找时,通过Hash函数,算出和key对应的存储地址,从而找到相对应的键-值对,相对于通过遍历整个键-值对列表来进行查找,Hash表的查找效率要高得多,理想的情况下得法复杂仅为O(1)(遍历查找的复杂度为O(n)).
      但是由于 通常情况下key集合比键-值对存储地址的集合要大得多,所以有可能把不同的key映射到同一个存储地址上,这种情况被称为冲突(collistion)一个好的Hash表的实现也应该提供解决冲突的方案。
      Hash表是一种相对复杂得多的数据结构,从底层完整地实现一个Hash表,也许超出了对一个普通程序员的要求,但是,由于它是如此重要,了解Hash表的概念和掌握使用它的接口,仍然是一项必不可少的技能。
      Java定义了Map接口中,抽象了关于Map的各种操作。在实现了Map接口的类中,有两种是Hash表,HashMap和WeakHashMap)(HashTable在Java1.1以后被废弃)后者用于实现所谓“标准映射“和本文讨论的内容关系不大。HashMap接受任何类型的对象作为键-值对的元素,支持快速的查找,如下例:

    HashMpa hm=new HashMap();
    hm.put(“akey”,”this is a word”);
    String str=(String)hm.get(“akey”);
    System.out.println(str)

     


    经过上述的论述我们知道了基本数据结构的重要性,即使在我们最熟悉的事物中,也隐藏着极为深刻的原理。

     

     

     

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