数据结构笔记1(c++)_指针

一、数据结构概述

       1.定义：

　　　　我们如何把现实中大量而复杂的问题，以特定的数据类型和特定的存储结构保存到主存储器（内存）中，以及在此基础上为实现某个功能（比如查找某个元素，删除某个元素，对所有元素进行排序）而执行的相应操作。这个相应的操作也叫算法。

       　　数据结构 =个体的存储 + 个体的关系存储

       　　算法（狭义） = 对存储数据的操作

　　2.算法：解题的方法和步骤

        　　2.1.衡量算法好坏的标准：

　　　　　　2.1.1.时间复杂度：程序大概执行的次数，而非执行的时间

　　　　　　2.1.2.空间复杂度：算法执行过程中大概所占用的最大内存

　　　　　　2.1.3.难易程度（编算法最重要的）

　　　　　　2.1.4.健壮性

       3.数据结构的地位：数据结构是软件中最核心的课程

　　       程序 = 数据的存储 + 数据的操作 + 可以被计算机执行的语言

 二、预备知识

　　1.指针

　　　　1.1.指针的重要性：指针是c语言的灵魂

　　　　1.2.有关指针概念的定义：

　　　　　　指针就是地址 地址就是指针，指针和地址是一个概念

　　　　　　指针变量 是存放内存单元地址的变量，所谓内存单元地址 即为内存单元编号，两者是一个概念

　　　　　　指针的本质 是一个操作受限的非负整数/从0开始的非负整数　　　　　　　　　　

　　　　　　　　范围：0 -- FFFFFFFF【4G-1】

　　　　　　　　1.2.1.关于内存和cpu的关系:

　　　　　　　　　　CPU能够直接访问的只有内存，内存是CPU唯一能够访问的大容量储存器，内存的基本划分单位是字节，每个字节有8位，每一位存放1个0或1个1，CPU和内存打交道的方式：地址线、控制线、数据线

　　　　　　　　　　内存可以看做很多小格子，如果是32位，编号从0到4G-1；

　　　　　　　　　　1.2.1.1.地址线 可以确定对哪一个单元编号进行操作,地址没有编号，地址就是编号；重点是地址线，因为地址线是32位的，所以最大只能0到32-1；内存的编号不能重复，但是内容可以重复；

　　　　　　　　　　　　定义：地址就是内存单元的编号，单元编号是死的，不能改变，但是里面的内容是可以改变的；当一个程序运行完成，内存会被回收(回收和销毁不是一个概念，操作系统会分配内存给程序，程序告诉操作系统，操作系统会把内存中的空间释放出来，原始的数据(遗留的垃圾数字)不会销毁，只是不能使用而已(c存在这个问题，但是java不会，java会自动释放)，其中的变量会被清空，但是内存、单元编号依然存在;

　　　　　　　　　　1.2.1.2.控制线 用来确定是：读、写、只读、只写；

　　　　　　　　　　1.2.1.3.数据线 可以进行数据传输

　　2.指针的分类：

　　　　2.1.基本类型的指针

　　　　　　2.1.1基本概念

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int * p;    //该p变量只能存储int类型的地址，不能存放一个整数
    int i = 10;
    int j;

    // char ch = 'A';
    // p = &ch;    //p只能存放int类型，不能存放char类型的'A',类型不一致，会报错
    // p = 10; //error p是个变量名字，表示只能存放int型变量地址，10是个整数，不是个地址；
    // *p = i;        //可以存放i,一定要如下理解才可以
                // 1）将i的地址发送给p，意味着p是指向i的；
                // 2）修改p、i的值，不会影响另外一个值，相互不会影响；
                // 3）*p即为i变量本身，i跟*p可以在任何地方进行互换，i的值改了，*p的值也改了，i原来等于100，*p也就等于100，但是p不是i，i不是p；
    p = &i;     // 如果这一行被省略掉，会报错；
                // 第一步int * p;只是说p可以保存整型变量地址了，但p中并没有保存真正的整型变量地址，所以我们不知道*p真正指向的是谁了
                // 虽然p中没有保存真正有效整型数字地址，但是p中还是可以有垃圾数字的，垃圾数字也有可能是某一个变量的地址，所以*p最终指向的是一个不确定的单元，*p不知道指向了哪里，造成了混乱，c语言中不允许这样去写
                // 不能将一个不确定单元的值，赋给另外一个变量，这样不合适，所以会报错
    *p = i;        // 等价于i=i，不会出错，但是没有什么实际意义
    j = *p;    // 等价于j = i； 若注释掉这一行，则j没有赋值，c会自动赋予一个垃圾数字-2341343;
    printf("i =  %d, j= %d, *p = %d
",i, j, *p);

    //printf();
    return 0;
}

小结：

　　　　1、如果一个指针变量（假定为p）存放了某个普通变量，那我们就可以说：“p指向了i”，但p与i是两个变量；修改p的值不影响i的值，修改i的值不影响p的值

　　　　2、*p等价于I 或者说*p可以与i在任何地方互换

　　　　3、如果一个指针变量指向了某个普通变量，则*指针变量就完全等价于该普通变量

注意：

       指针变量也是变量，只不过它存放的不能是内存单元的内容，只能存放内存单元的地址

       普通变量前不能加*

       常量和表达式前不能加&

如何通过被调函数，修改主调函数中普通变量的值

1.实参为相关变量的地址：&i

2.形参为以该变量的类型为类型的指针变量：*p

3.在被调用函数中通过*形参变量名的方式修改主函数:*p=100

　　　　2.2.指针和数组的关系(一维数组)

//Array_point_1.cpp
# include <stdio.h>

int main(void)
{
    int a[5] = {1,2,3,4,5};    // 1)a中存放的不是1~5这5个数字,这5个数字是在a0到a4中存放的。
                            // 2)数组名a存放的是数组的第一个元素的地址
                            // 3)它的值不能被改变
                            // 4)字母a即为一维数组名，指向的是数组的第一个元素,即a指向的是a0
                            // 5)a[3]和*(a+3)的关系:a[i] <<==>> *(a+i) 即数组a[i]的写法，等价于*(a+i)    a[3] == *(3+a), 3[a] == *(a+3), 因a指向第一个元素a[0]，故a+3指向第四个元素a[3],则*(a+3)==a[3];
                            // 理论上指针比下标的速度快，但是可以忽略不计
    //a[3] == *(3+a);
    
    printf("%p
", a+1);
    printf("%p
", a+2);
    printf("%p
", a+3);

//[Out]:
//0019FF30
//0019FF34
//0019FF38
    
    printf("%d
", *a+3);  // *a+3等价于 a[0]+3 = 4
//[Out]:
// 4
    return 0;
}

　　　　　　2.2.1.数组名:a[*]中的a

　　　　　　　　一维数组名 是个指针常量，它存放的是一维数组第一个元素的地址a[0]，它的值不能被改变

　　　　　　　　一维数组名指向的是 数组的第一个元素

　　　　　　2.2.2.下标和指针的关系:a[i]等价于*(a+i)

　　　　　　　　a[i] <<==>> *(a+i)

　　　　　　　　假设指针变量的名字为p,则p+i的值是p+i*(p所指向的变量所占的字节数)

　　　　　　2.2.3.指针变量的运算:

　　　　　　　　指针变量不能相加，不能相乘， 不能相除，如果两指针变量属于同一数组，则可以相减

　　　　　　　　指针变量可以加减一整数，前提是最终结果不能超过指针

　　　　　　　　　　p+i 的值是p+i*(p所指向的变量所占的字节数)　　

　　　　　　　　　　p- i 的值是p-i*(p所指向的变量所占的字节数)

　　　　　　　　　　p++ <==> p+1  // 如果是int型，就是4字节，double型，就是8字节，但是都是指向的后一个元素

　　　　　　　　　　p-- <==> p-1

　　　　　　2.2.4.举例:

　　　　　　　　如何通过被调函数修改主调函数中一维数组的内容[如何界定]

　　　　　　　　　　两个参数:1)存放数组首元素的指针变量；2)存放数组元素长度的整型变量

//Array_point_2.cpp
# include <stdio.h>

void Show_Array(int * p, int len)    // a发送给了*p
{
//    p[0] = -1;    //p[0] == *p
//    p[2] = -1;    //p[2] == *(p+2) == *(a+2)  p[i]就是主函数的a[i]
    int i = 0;

    for (i=0; i<len; ++i)
        printf("%d
", p[i]);
}

int main(void)
{
    int a[5] = {1,2,3,4,5};

    Show_Array(a, 5);    // a等价于&a[0], &a[0]本身就是i
                        // 通过写一个数组名，数组长度，就可以确定一个数组, 
                        // 要想通过一个函数，访问另一个函数中的一个数组，只需要知道这个数组的首地址(数组第一个元素地址)和长度，
                        // 在另一个函数中就可以任意访问、修改主函数a[5]的值
//[Out]:1 2 3 4 5    

//    printf("%d
", a[2]);
//[Out]: -1
//    printf("%d
", a[0]);
//[Out]: -1
    
    return 0;

}