数据结构------C语言经典题目（6）

1.数据结构都学了些什么？

1.基本数据类型

算数类型：

char（字符）、int（整数）、float（单精度浮点数）、double（双精度浮点数）等。

枚举类型：

enum，自定义一组命名的整形常量。例如颜色：enum Color {RED ，GREEN ，BLUE}：

2.构造数据类型

数组（Array）：

固定大小、连续存储的同类型元素集合；

支持通过下标快速访问元素，但插入/删除操作效率低。

结构体（Struct）：

自定义的复合数据类型，可以包含不同类型的成员（如学生信息）；

struct Student {char name[20];int age;float score;
};

联合体（Union）：

多个不同类型的变量共享同一段内存空间，同一时刻只能存储其中一个成员的值（节省内存）。

3.动态数据结构

通过指针动态分配内存，结构灵活。

链表：

由节点组成，每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。

有单向链表、双向链表、循环链表等，插入/删除操作高效（无需移动大量元素），但访问效率低（需遍历）。

栈：

遵循 后进先出 原则，可以通过数组或链表实现。

常见操作：入栈、出栈、取栈顶元素。

队列：

遵循 先进先出 原则，有入队、出队。

树：

分层结构，由节点和边组成，根节点无父节点，子节点有唯一父节点。

常见类型：二叉树（每个节点最多两个子节点）、二叉搜索树（左根右）、堆（用于优先队列）等。

图：

由顶点（节点）和边组成，用于表示复杂关系（社交网络、地图路径）。

分为有向图、无向图、带权图。

4.数据结构的核心操作

查找：

如顺序查找、二分查找（仅适用于有序数组）。

插入：

在指定位置添加元素。

删除：

移动指定元素。

排序：

冒泡排序、快速排序、希尔排序。

遍历：

按一定顺序访问元素。

5.指针与数据结构

通过malloc（）、calloc（）等函数动态分配内存（如创建链表节点）。

指针操作需注意内存泄漏（分配的内存未释放）和野指针（指向已释放的内存）问题。

6.应用场景

数组：

适合需要快速随机访问、数据大小固定的场景（存储学生成绩）。

链表：

适合频繁插入/删除、数据大小动态变化的场景。

栈：

用于函数调用栈、表达式求值、括号匹配等。

队列：

用于任务调度等。

树和图：

用于文件系统目录结构等。

2.数据结构中的顺序表和链表有什么区别？

存储结构：

顺序表：

1.存储方式：数据元素在内存中连续存储，逻辑上相邻的元素在物理地址上也相邻。

2.实现方式：通常由数组实现，通过数组下标访问元素。

3.内存分配：需要预先分配固定大小的内存空间，若数量动态变化会导致空间浪费或溢出。

链表：

1.存储方式：数据元素分散存储，每个元素（节点）包含数据域和指针域，指针指向下一个节点的地址。

2.实现方式：通过结构体和指针动态创建节点，节点之间通过指针链接。

3.内存分配：按需动态分配内存，无需预先指定最大容量，比较灵活。

访问方式：

顺序表：

随机访问：可以通过下标直接访问任意元素，时间复杂度为O（1）。

链表：

顺序访问：必须从表头开始逐个遍历节点，直到找到目标元素，时间复杂度为O(n)。

插入和删除操作：

顺序表：

插入：在开头或中间任意位置插入元素，都需要移动后续所有元素。

删除：删除中间或开头元素，需移动后续元素填补空缺。

尾插尾删无需移动元素。

链表：

插入/删除：只需修改指针指向，无需移动其他元素，但要找到插入位置的前驱节点。

示例：在节点p后插入新节点：

new_node -> next = p->next;

p->next = new_node;

适用场景：

顺序表：

适合频繁随机访问的场景。

链表：

适合频繁插入/删除的场景。

3.单向链表和双向链表有什么区别？

单向链表：

每个节点包含一个数据域和一个指向下一个节点的指针（next）

Node1 → Node2 → Node3 → ... → NULL

节点定义代码示例：

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

遍历只能从头节点开始，沿next指针单向遍历（向后），无法反向访问前面的节点。

插入节点时，只需修改当前节点的next 指针指向新节点，或新节点的next 指针指向后续节点。

删除节点时，需找到要删除的节点的前驱节点，修改其next指针跳过要删除的节点。

每个节点包含一个指针，内存占用相对较小。

双向链表：

每个节点包含一个数据域、一个指向前一个节点的指针（prev）和一个指向下一个节点的指针（next）

NULL ← Node1 ↔ Node2 ↔ Node3 ← ... ← NULL

节点定义代码示例：

struct Node {int data;struct Node* prev;struct Node* next;
};

可以从头节点或尾节点开始，通过prev和next指针双向遍历。

插入节点后，需同时修改新节点的prev（指向前驱节点）和next（指向后继节点）。

删除节点时，可通过当前节点的prev指针直接找到前驱节点，通过next指针找到后继节点，修改两者的指针即可。

每个节点包含两个指针（prev和next），内存占用比单向链表多约一倍。

4.什么是内存泄漏？如何排查和避免内存泄漏？

内存泄漏是指程序动态分配的内存空间（如malloc、calloc、realloc等函数申请）在使用完毕后未被正确释放。即未调用free函数。导致这部分内存无法被系统重新分配利用的现象。

内存泄漏常见场景：

1.直接申请内存后未调用free释放

例如：

void function() 
{int *p = (int *)malloc(sizeof(int));// 使用 p// 未调用 free(p)
}  // p 离开作用域后，内存泄漏

2.重复释放或错误释放：

释放已释放的指针（多次调用free（p）），导致程序崩崩溃。

释放非动态分配的内存（局部变量的地址），导致段错误。

3.指针被覆盖：

分配内存后，指针指向其他地址，导致原内存地址丢失，无法释放：

int *p = (int *)malloc(sizeof(int));
p = (int *)malloc(sizeof(int));  // 新分配覆盖了 p，原内存未释放
free(p);  // 仅释放了最后一次分配的内存

4.循环或条件分支中的分配未释放

当循环或条件判断中分配内存，但某些分支未执行释放逻辑。

while (condition) 
{int *p = (int *)malloc(sizeof(int));if (some_case) {continue;  // 直接跳过释放}free(ptr);
}

如何排查：

1.手动排查：

检查所有malloc、calloc、realloc是否有对应的free，且释放次数正确。

确保指针在释放后被置为NULL（避免野指针）。

2.使用内存检测工具

通过memcheck根据动态检测内存泄漏，能精准定位未释放的内存及分配位置。

valgrind --leak-check=full ./your_program

3.调试器（GDB）

在程序退出前检查堆内存状态，结合断点定位泄漏点。

如何避免：

遵循：分配-使用-释放的配对原则

在释放内存后，立即将指针置为NULL，防止后续误操作（野指针）。

5.什么是内存碎片？如何避免内存碎片？

内存碎片是指程序运行过程中，由于频繁地申请和释放内存，导致内存中出现大量不连续的小空闲块，这些空闲块虽然总容量足够，但无法满足较大内存块的分配请求，从而影响内存使用效率的现象。

如何避免：

1.减少动态内存分配和释放的次数：

尽量复用已分配的内存。

2.使用内存池：

预先分配一大块内存，划分为多个固定大小的小块，通过池管理和回收，避免碎片化。

分配/释放速度快（无需系统调用），碎片控制在池内。

// 简化的内存池结构
typedef struct {char* buffer;       // 池内存起始地址size_t block_size;  // 每个块大小size_t num_blocks;  // 块总数int* free_blocks;   // 记录可用块索引
} MemoryPool;

6.如何实现双向链表的插入？删除？

示例代码如下：

// 定义双向链表节点结构
// 每个节点包含数据域(data)、前驱指针(prev)和后继指针(next)
typedef struct Node {int data;               // 存储节点数据struct Node* prev;      // 指向前驱节点的指针（NULL表示无前驱）struct Node* next;      // 指向后继节点的指针（NULL表示无后继）
} Node;// 创建新节点并初始化数据
// 参数：data - 节点存储的数据
// 返回：新创建的节点指针（内存分配失败时返回NULL）
Node* createNode(int data) 
{Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));  // 分配节点内存if (newNode == NULL) {printf("内存分配失败！\n");exit(1);  // 终止程序防止空指针操作}newNode->data = data;        // 初始化数据域newNode->prev = NULL;        // 新节点初始无前驱newNode->next = NULL;        // 新节点初始无后继return newNode;              // 返回新节点指针
}// 在链表头部插入新节点
// 参数：head - 指向头节点指针的指针（用于修改头节点），data - 插入的数据
// 功能：将新节点插入到链表头部，更新头指针及前后指针关系
void insertAtHead(Node** head, int data) 
{Node* newNode = createNode(data);  // 创建新节点// 处理空链表情况：新节点成为唯一节点if (*head == NULL) {*head = newNode;  // 头指针指向新节点return;}// 非空链表处理：新节点成为新头节点newNode->next = *head;          // 新节点的后继指向原头节点(*head)->prev = newNode;        // 原头节点的前驱指向新节点*head = newNode;                // 更新头指针为新节点
}// 在链表尾部插入新节点
// 参数：head - 指向头节点指针的指针，data - 插入的数据
// 功能：遍历链表找到尾节点，将新节点连接到尾部
void insertAtTail(Node** head, int data) 
{Node* newNode = createNode(data);  // 创建新节点// 处理空链表情况：新节点成为唯一节点if (*head == NULL) {*head = newNode;  // 头指针指向新节点return;}// 查找尾节点：从头部开始遍历直到next为NULLNode* current = *head;while (current->next != NULL) {current = current->next;  // 移动到下一个节点}// 连接新节点到尾节点之后current->next = newNode;       // 尾节点的后继指向新节点newNode->prev = current;       // 新节点的前驱指向尾节点
}// 在指定节点之后插入新节点
// 参数：targetNode - 目标节点（新节点将插入到其之后），data - 插入的数据
// 功能：在目标节点之后插入新节点，处理前后节点的指针关系
void insertAfterNode(Node* targetNode, int data) 
{if (targetNode == NULL) {       // 检查目标节点是否存在printf("目标节点不存在！\n");return;}Node* newNode = createNode(data);  // 创建新节点// 新节点的后继指向目标节点的后继（可能为NULL）newNode->next = targetNode->next;// 新节点的前驱指向目标节点newNode->prev = targetNode;// 如果目标节点有后继节点，更新其后继的前驱指针if (targetNode->next != NULL) {targetNode->next->prev = newNode;}// 目标节点的后继指向新节点targetNode->next = newNode;
}// 删除指定节点
// 参数：head - 指向头节点指针的指针，targetNode - 待删除的目标节点
// 功能：从链表中移除目标节点，处理前后节点的指针连接并释放内存
void deleteNode(Node** head, Node* targetNode) 
{if (*head == NULL || targetNode == NULL) {  // 检查链表是否为空或节点是否存在printf("链表为空或目标节点不存在！\n");return;}// 处理删除头节点的情况：更新头指针if (*head == targetNode) {*head = targetNode->next;  // 头指针指向原头节点的后继}// 调整前驱节点的后继指针（如果存在前驱）if (targetNode->prev != NULL) {targetNode->prev->next = targetNode->next;  // 前驱的后继指向目标节点的后继}// 调整后继节点的前驱指针（如果存在后继）if (targetNode->next != NULL) {targetNode->next->prev = targetNode->prev;  // 后继的前驱指向目标节点的前驱}// 释放目标节点内存并置空指针（防止野指针）free(targetNode);targetNode = NULL;
}// 打印链表内容（从头部到尾部）
// 参数：head - 头节点指针
// 功能：遍历链表并输出每个节点的数据
void printList(Node* head) 
{Node* current = head;  // 当前节点从头部开始printf("双向链表内容: ");while (current != NULL) {  // 遍历直到NULL（链表末尾）printf("%d ", current->data);  // 输出当前节点数据current = current->next;       // 移动到下一个节点}printf("\n");
}// 主函数：演示双向链表操作
int main() 
{Node* head = NULL;  // 初始化空链表// 头部插入操作演示：插入10 → 链表：10// 再次头部插入20 → 链表：20 10insertAtHead(&head, 10);insertAtHead(&head, 20);// 尾部插入操作演示：插入30 → 链表：20 10 30// 再次尾部插入40 → 链表：20 10 30 40insertAtTail(&head, 30);insertAtTail(&head, 40);// 在节点20（头节点的下一个节点head->next）之后插入50// 插入后链表：20 50 10 30 40insertAfterNode(head->next, 50);// 删除节点50（此时是head->next节点）// 删除后链表恢复：20 10 30 40Node* nodeToDelete = head->next;  // 获取待删除节点（值为50的节点）deleteNode(&head, nodeToDelete);printList(head);  // 输出最终链表内容// 释放链表所有节点内存（防止内存泄漏）while (head != NULL) {Node* temp = head;       // 保存当前节点指针head = head->next;       // 头指针指向下一个节点free(temp);              // 释放当前节点内存}return 0;
}

7.怎么判断一个链表是否有环？

可以使用快慢指针法来判断链表是否有环。

快指针每次移动两步，慢指针每次移动一步。

若链表存在环，快指针最终会追上慢指针。

若快指针到达链表末尾（即指向NULL），则链表无环。

示例代码如下：

// 定义链表节点结构
typedef struct ListNode {int val;                // 节点存储的整数值struct ListNode *next;  // 指向下一个节点的指针
} ListNode;// --------------------------
// 函数功能：判断链表是否存在环
// 输入参数：head - 链表头节点指针
// 输出参数：1 - 存在环；0 - 不存在环
// 算法：快慢指针法（弗洛伊德龟兔赛跑算法）
// 原理：快指针每次移动2步，慢指针每次移动1步。若存在环，快指针必然追上慢指针；若快指针到达链表末尾，则无环
// --------------------------
int hasCycle(ListNode *head) 
{// 处理特殊情况：空链表或单个节点（无后续节点，不可能形成环）if (head == NULL || head->next == NULL) {return 0;}// 初始化快慢指针：// 慢指针从头节点开始，每次移动1步// 快指针从头节点的下一个节点开始（领先1步），避免初始位置相同导致循环不执行（当链表有环时，至少需要2个节点才能形成环）ListNode *slow = head;ListNode *fast = head->next;// 循环条件：快慢指针未相遇（相遇则说明有环）while (fast != slow) {// 快指针到达链表末尾（无环）：// 快指针每次移动2步，需检查当前节点和下一个节点是否为NULL，避免越界访问if (fast == NULL || fast->next == NULL) {return 0;  // 无环}// 慢指针移动1步slow = slow->next;// 快指针移动2步（先移动1步，再移动1步）fast = fast->next->next;}// 循环退出时，快慢指针相遇，说明存在环return 1;
}// --------------------------
// 函数功能：创建一个带环的链表（用于测试）
// 结构：1 -> 2 -> 3 -> 2（形成环，尾节点指向第二个节点）
// 返回值：链表头节点指针
// --------------------------
ListNode* createCycleList() 
{// 分配3个节点的内存空间ListNode *nodes = (ListNode*)malloc(3 * sizeof(ListNode));// 初始化节点值和连接关系nodes[0].val = 1;nodes[1].val = 2;nodes[2].val = 3;// 正常连接：1->2->3nodes[0].next = &nodes[1];nodes[1].next = &nodes[2];// 形成环：3->2（尾节点指向第二个节点，构成环）nodes[2].next = &nodes[1];return nodes;  // 返回头节点（第一个节点）
}// --------------------------
// 函数功能：创建一个无环的链表（用于测试）
// 结构：1 -> 2 -> 3 -> NULL（正常尾节点）
// 返回值：链表头节点指针
// --------------------------
ListNode* createAcyclicList() 
{// 分配3个节点的内存空间ListNode *nodes = (ListNode*)malloc(3 * sizeof(ListNode));// 初始化节点值和连接关系nodes[0].val = 1;nodes[1].val = 2;nodes[2].val = 3;// 正常连接：1->2->3->NULL（尾节点指向NULL，无环）nodes[0].next = &nodes[1];nodes[1].next = &nodes[2];nodes[2].next = NULL;return nodes;  // 返回头节点（第一个节点）
}int main() 
{// 测试带环链表ListNode *cycleHead = createCycleList();printf("带环链表检测结果：%s\n", hasCycle(cycleHead) ? "有环" : "无环");  // 预期输出"有环"// 测试无环链表ListNode *acyclicHead = createAcyclicList();printf("无环链表检测结果：%s\n", hasCycle(acyclicHead) ? "有环" : "无环");  // 预期输出"无环"// 释放内存（避免内存泄漏）// 注意：实际使用中需确保所有动态分配的内存都被正确释放free(cycleHead);free(acyclicHead);return 0;
}

主函数的打印逻辑也可以这么写：

int result = hasCycle(cycleHead); // 获取返回值（1或0）
if (result)         // 等价于 if (result != 0)
{                    printf("带环链表检测结果：有环\n");
} 
else 
{printf("带环链表检测结果：无环\n");
}