c++基础概念有哪些

今天小编给大家分享一下c++基础概念有哪些的相关知识点，内容详细，逻辑清晰，相信大部分人都还太了解这方面的知识，所以分享这篇文章给大家参考一下，希望大家阅读完这篇文章后有所收获，下面我们一起来了解一下吧。

第1节：数据结构概述

数据结构的主要任务是通过分析数据对象的结构特征，包括逻辑结构及数据对象之间的关系，然后把逻辑结构表示成计算机课实现的物理结构，从而便于计算机处理。

1.1 概念术语

（1）数据（Data）是能被计算机处理的符号或符号集合，含义广泛，可理解为"原材料"。如字符、图片、音视频等。

（2）数据元素（data element）是数据的基本单位。例如一张学生统计表。

（3）数据项（data item）组成数据元素的最小单位。例如一张学生统计表，有编号、姓名、性别、籍贯等数据项。

（4）数据对象（data object）是性质相同的数据元素的集合，是数据的一个子集。例如正整数N={1，2，3，····}。

（5）数据结构（data structure）是数据的组织形式，数据元素之间存在的一种或多种特定关系的数据元素集合。

（6）数据类型（data type）是按照数据值的不同进行划分的可操作性。在C语言中还可以分为原子类型和结构类型。原字类型是不可以再分解的基本类型，包括整型、实型、字符型等。结构类型是由若干个类型组合而成，是可以再分解的。

1.2 数据的逻辑结构

逻辑结构（logical structure）是指在数据中数据元素之间的相互关系。数据元素之间存在不同的逻辑关系构成了以下4种结构类型。

（1）集合结构：集合的数据元素没有其他关系，仅仅是因为他们挤在一个被称作"集合"的盒子里。

（2）线性结构：线性的数据元素结构关系是一对一的，并且是一种先后的次序，就像a-b-c-d-e-f-g·····被一根线穿连起来。

（3）树形结构：树形的数据元素结构关系是一对多的，这就像公司的部门级别，董事长-CEO\CTO-技术部\人事部\市场部.....。

（4）图结构：图的数据元素结构关系是多对多的。就是我们常见的各大城市的铁路图，一个城市有很多线路连接不同城市。

1.3 数据的存储（物理）结构

存储结构（storage structure）也称为物理结构（physical structure），指的是数据的逻辑结构在计算机中的存储形式。

数据的存储结构一般可以反映数据元素之间的逻辑关系。分为顺序存储结构和链式存储结构。

（1）顺序存储结构：是把数据元素存放在一组存储地址连续的存储单元里，其数据元素间的逻辑关系和物理关系是一致的。

（2）链式存储结果：是把数据元素存放在任意的存储单元里，这组存储单元可以是连续的，也可以是不连续的，数据元素的存储关系并不能反映其逻辑关系，因此需要借助指针来表示数据元素之间的逻辑关系。

小结：

数据的逻辑结构和物理结构是密切相关的，在学习数据的过程中会发现，任何一个算法的设计取决于选定的数据逻辑结构，而算法的实现依赖于所采用的存储结构。

1.4 抽象数据类型

抽象数据类型（abstract data type，ADT）是描述具有某种逻辑关系的数据模型，并对在数学模型上进行的一组操作。

抽象数据类型描述的是一组逻辑上的特性，与在计算机内部表示无关，计算机中的整数数据类型是一个抽象数据类型，不同处理器可能实现方法不同，但其逻辑特性相同，即加、减、乘、除等运算是一致的。

"抽象"的意思是数据类型的数学抽象特性而不是指它们的实现方法。

抽象数据类型体现了程序设计中的问题分解、抽象、信息隐藏等特性，可以把现实中的大问题分解为多个规模小且容易处理的小问题，然后建立起一个能被计算机处理的数据，并把每个功能模块的实现细节作为一个独立的单元，从而使具体实现过程隐藏起来。
就类似建一栋房子，分成若干个小任务，如地皮规划、图纸设计、施工、装修等，整个过程与抽象数据类型中的问题分解类似。而搬砖人不需要了解图纸设计如何，设计图纸人员不需要了解施工的地基、砌墙的具体细节，装修工人不用关心图纸和搬砖过程，这就是抽象类型中的信息隐藏。

抽象数据类型的概念可能让初学者不太容易理解。例如线性表的抽象数据类型的描述数据对象集合：线性表的数据对象集合为{a1,a2,a3,····,an},每个元素的类型均为DataType。其中，除了第一个元素a1外，每一个元素有且只有一个直接前驱元素；除了最后一个元素an外，每一个元素有且只有一个直接后继元素。数据元素之间的关系是一对一的。

1.5 算法

算法（algorithm）是解决特定问题求解步骤的描述，在计算机中表现为有限的操作序列。

在数据类型建立起来之后，就要对这些数据类型进行操作，建立起运算的集合即程序。运算的建立、方法好坏直接决定着计算机程序原型效率的高低。

（1）数据结构和算法的关系

两者基友联系又有区别。联系是程序=算法+数据结构。数据结构是算法实现的基础，算法总是要依赖某种数据结构来实现的。

算法的操作对象是数据结构。区别是数据结构关注的是数据的逻辑结构、存储结构及其基本操作，而算法更多的是关注如何在数据结构的基本上解决实际问题。

算法是编程思想，数据结构则是这些思想的基础。

（2）算法的五大特性

有穷性，是指算法在执行有限的步骤之后，自动结束而不是出现无限循环，并且每一个步骤在可接受的时间内完成。

确定性，是指算法执行的每一步骤在一定条件下只有一条执行路径，也就是相同输入只能有一个唯一的输出结果。

可行性，是指算法每一步骤都必须可行，能够通过有限的执行次数完成。

输入，是指算法具有零个或多个输入。

输出，是指算法至少有一个或多个输出。

1.6 时间复杂度

在进行算法分析时，语句总是执行次数 T(n) 是关于问题规模 n 的函数。进而分析次数T(n)随规模n的变化情况并确定T(n)的数量级。算法的时间复杂度就是算法的时间度量，记作T(n) = O（f（n））。它表示随问题规模n的增大，算法的执行时间的增长率和f（n）的增长率相同，称作算法的渐进时间复杂度，简称为时间复杂度。其中，f（n）是问题规模n的某个函数。

算法的时间复杂度是衡量一个算法好坏的重要指标。一般情况下，随着规模n的增大，次数T(n)的增长较慢的算法为最优算法。常见时间复杂度从小到大依次排列：O(1) < O(log2n) < O(n) < O(n²）

例如：

(a) 1; // 时间复杂度为O(1)

(b) for(i =1 ; i<=n ;i++){ x= x+1;} // 时间复杂度为O(n)，称为线性阶

(c) for(i =1 ; i<=n ; i++）{for(j=1;j<=n;j++){ x=x+1 } } // 时间复杂度为O(n²),称为平方阶

1.7 空间复杂度

空间复杂度（space complexity）作为算法所需存储空间的量度，记做S(n) = O (f(n))。其中，n为问题的规模；f（n）为语句关于n的所占存储空间的函数。

一般情况下，一个程序在机器上运行时，除了需要存储程序本身的指令、常数、变量和输入数据外，还需要存储对数据操作的存储单位。若输入数据所占空间只取决于问题本身，和算法无关，这样只需要分析该算法在实现时所需的辅助单元即可。若算法执行时所需的辅助空间相对于输入数据量而言是个常量，则称此算法为原地工作，空间复杂度为O(1)。

第2节：C语言基础

C语言作为数据结构的算法描述语言，广泛应用于系统软件和应用软件的开发。在真正开发学习数据结构知识之前，先复习一下C语言基础，为数据结构的学习扫清障碍。本节主要针对重点和难点部分详细讲解，包括开发环境、函数与递归、指针、参数传递、动态内存分配及结构体、联合体。

2.1 开发环境

C语言常见的开发环境有很多种，如LCC、Turbo C2.0、Visual C++、Borland C++，本章主要介绍使用最多的Turbo C 2.0和Visual C++ 6.0。

（1）Turbo C 2.0 ：1989年，美国Borland公司推出,简称TC。它集编辑、编译、连接和运行一体的C程序集成开发环境。界面简单、上手容易、使用方便，通过一个简单的主界面可以很容易编辑、编译和链接程序，也是初学者广发使用的开发工具。

（2）Visual C++6.0：是强大的C/C++软件开发工具，使用非常广泛，已经成为首选的开发工具。利用它可以开发Windows SDK、MFC等应用程序。

2.2 递归与非递归（重点）

在数据结构与算法实践过程中，经常会遇到利用递归实现算法的情况。递归是一种分而治之、将复杂问题转换成简单问题的求解方法。使用递归可以使编写的程序简洁、结构清晰，程序的正确性很容易证明，不需要了解递归调用的具体细节。

（1）函数的递归：就是函数自己调用自己，即一个函数在调用其他函数的过程中，又出现对自身的调用，这种函数称为递归函数。函数的递归调用就是自己调用自己，可以直接调用自己也可以间接调用。其中，在函数中直接调用自己称为函数的直接递归调用；如果函数f1调用了函数f2又再次调用了函数f1，这种调用的方式我们称之为间接递归调用。

例1：利用递归求n! ：有两种情况，当n=0递归结束，返回值为1 ；当n !=0时，继续递归。

//递归求n！函数实现

int factorial (int  n) {   if(n ==0 )       return 1;   else       return n*factorial(n-1);}

例2：已知有数组a[] ，要求利用递归实现求n个数中的最大值。

a[] ={0,···，n-1}；int findMax(int a[] ,int n) {    int  m ;    if (n<=1)        return a[0];    else    {        m = findMax(a, n-1);        return a[n-1] >= m ? a[n-1] : m ; //找到最大值    }}

（2）迭代与递归

迭代与递归是程序设计中最常用的两种结构。任何能使用递归解决的问题都能使用迭代的方法解决。迭代和递归的区别是，迭代使用的是循环结构，递归使用的是选择结构。大量的递归会耗费大量的时间和内存，每次递归调用都会建立函数的一个备份，会占用大量的内存空间。迭代则不需要反复调用函数和占用额外的内存。对于较为简单的递归问题，可以利用简单的迭代将其转化为非递归。而对于较为复杂的递归问题，需要通过利用数据结构中的栈来消除递归。

（3）指针

是C语言中一个重要概念，也是最不容易掌握的内容。指针常常用在函数的参数传递和动态内存分配中。指针与数组相结合，使引用数组成分的形式更加多样化，访问数组元素的手段更加灵活；指针与结构体结合，利用系统提供的动态存储手段，能构造出各种复杂的动态数据结构；利用指针形参，使函数能实现传递地址形参和函数形参的要求。接下里会介绍指针变量的概念、指针与数组、函数指针与指针函数。

指针是一种变量，也称之为指针变量，它的值不是整数、浮点数和字符，而是内存地址。指针的值就是变量的地址，而变量又拥有一个具体的值。因此，可以理解为变量名直接引用了一个值，指针间接地引用了一个值。

指针可以与变量结合，也可以与数组结合使用。指针数组是一种存放一组变量的地址。数组指针是一个指针，表示该指针指向数组的指针。数组指针可以进行自增或自减运算，但是数组名则不能进行自增或自减运算，这是因为数组名是一个常量指针，它是一个常量，常量值是不能改变的。函数指针与指针函数同理。

2.3 参数传递

（1）传值调用：分为实际参数和形式参数。例如：

int GCD（int m ,int n）; void main(){    int a,b,v,    v = GCD(a,b);  //实际参数} int GCD(int m ,int n) { //形式参数    int r;    r = m;    do {        m=n;        n=r;        r=m&n;      } while(r);     return n;}

上面的函数参数传递属于参数的单向传递，即a和b可以把值传递给m和n，而不是可以把m和n传递给a和b。实际参数和形式参数的值的改变都不会互相收到影响。

（2）传指针地址参数：略

2.4 结构体和联合体

也称共用体，是自定义的数据类型，用于构造非数值数据类型，在处理实际问题中应用非常广泛。数据结构中的链表、队列、树、图等结构都需要用到结构体。教师表结构体如下所示。

//结构体类型struct teacher{    //数据项    int no;    char name[20];    char sex[4];    char headship[8];    char degree[6];    long int phone;}

与结构体一样，联合体也是一种派生的数据类型。但是与结构体不同的是，联合体的成员共享同一个存储空间。定义联合体一般形式如下所示。

union 共用体名 {    成员列表；}变量列表； --------------------------union data{     int a ;    float b;    char c;    double d;}abc; //或写成union data{    int a;    float b;    char c;    double d;};union data abc;

2.5 链表

在C语言中，处理已知数据可以使用数组。如果事先并不知道要处理的数据的个数，则需要使用链表结构。链表需要动态分配内存，链表的长度随时可以发生变化。链表有一个指针类型的成员指向自身，该指针指向与结构体一样的类型。例如如下语句：

struct node{    int data;    struct data *next;}

自引用结构体类型为struct node，该结构体类型有两个成员：整数成员data，指针成员next。成员next是指向结构体为struct node类型的指针。通过这种形式定义的结构体通过next指针把两个结构体变量连在一起。这种自引用结构体单元称为结点，结点之间通过箭头连接起来，构成一张表，称为链表。

链表中第一个结点的指针称为头指针且可以访问链表的每一个结点。为了方便操作，在链表的第一个结点之前增加一个头结点。

2.6 内存的分配与释放

（1）malloc函数主要作用是分配一块长度为size的内存空间。
void *malloc(unsigned int size); 其中，size就是要分配的内存空间大小字节。使用时最好先检查一下是否分配成功，否则返回null，可以保证程序的正确运行。使用完分配后的空间要利用free函数及时释放。

（2）free函数主要作用是将内存空间释放。
void free (void *p); 其中，参数p指向要释放的内存空间。不能使用已经被free函数释放的内存空间。

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