鏈表和順序表的一些區別

順序表與鏈表是很是基本的數據結構，它們能夠被統稱爲線性表。
線性表（Linear List）是由 n（n≥0）個數據元素（結點）a[0]，a[1]，a[2]…，a[n-1] 組成的有限序列。
順序表和鏈表，是線性表的不一樣存儲結構。它們各自有不一樣的特色和適用範圍。針對它們各自的缺點，也有不少改進的措施。

1、順序表

順序表通常表現爲數組，使用一組地址連續的存儲單元依次存儲數據元素，如圖 1 所示。它具備以下特色：

• 長度固定，必須在分配內存以前肯定數組的長度。
• 存儲空間連續，即容許元素的隨機訪問。
• 存儲密度大，內存中存儲的所有是數據元素。
• 要訪問特定元素，可使用索引訪問，時間複雜度爲 。
• 要想在順序表中插入或刪除一個元素，都涉及到以後全部元素的移動，所以時間複雜度爲 。
  
  
  
  圖 1 順序表
  
  順序表最主要的問題就是要求長度是固定的，可使用倍增-複製的辦法來支持動態擴容，將順序表變成「可變長度」的。
  具體作法是初始狀況使用一個初始容量（能夠指定）的數組，當元素個數超過數組的長度時，就從新申請一個長度爲原先二倍的數組，並將舊的數據複製過去，這樣就能夠有新的空間來存放元素了。這樣，列表看起來就是可變長度的。
  一個簡單的實現以下所示，初始的容量爲 4。

#include <string.h>
 
struct sqlist {
    int *items, size, capacity;
    sqlist():size(0), capacity(4) {
        // initial capacity = 4
        items = new int[capacity];
    }
    void doubleCapacity() {
        capacity *= 2;
        int* newItems = new int[capacity];
        memcpy(newItems, items, sizeof(int)*size);
        delete[] items;
        items = newItems;
    }
    void add(int value) {
        if (size >= capacity) {
            doubleCapacity();
        }
        items[size++] = value;
    }
};

這個辦法不可避免的會浪費一些內存，由於數組的容量老是倍增的。並且每次擴容的時候，都須要將舊的數據所有複製一份，確定會影響效率。不過實際上，這樣作仍是直接使用鏈表的效率要高，具體緣由會在下一節進行分析。

2、鏈表

鏈表，相似它的名字，表中的每一個節點都保存有指向下一個節點的指針，全部節點串成一條鏈。根據指針的不一樣，還有單鏈表、雙鏈表和循環鏈表的區分，如圖 2 所示。

圖 2 鏈表

單鏈表是隻包含指向下一個節點的指針，只能單向遍歷。
雙鏈表即包含指向下一個節點的指針，也包含指向前一個節點的指針，所以能夠雙向遍歷。
循環單鏈表則是將尾節點與首節點連接起來，造成了一個環狀結構，在某些狀況下會很是有用。
還有循環雙鏈表，與循環單鏈表相似，這裏就再也不贅述。
因爲鏈表是使用指針將節點連起來，所以無需使用連續的空間，它具備如下特色：

• 長度不固定，能夠任意增刪。
• 存儲空間不連續，數據元素之間使用指針相連，每一個數據元素只能訪問周圍的一個元素（根據單鏈表仍是雙鏈表有所不一樣）。
• 存儲密度小，由於每一個數據元素，都須要額外存儲一個指向下一元素的指針（雙鏈表則須要兩個指針）。
• 要訪問特定元素，只能從鏈表頭開始，遍歷到該元素，時間複雜度爲 。
• 在特定的數據元素以後插入或刪除元素，不涉及到其餘元素的移動，所以時間複雜度爲 。雙鏈表還容許在特定的數據元素以前插入或刪除元素。
  在上一節說到，利用倍增-複製的辦法，一樣可讓順序表長度可變，並且效率比鏈表還要好，下面就簡單的實現一個單鏈表來驗證這一點，至於元素插入的順序就不要在乎了。

#include <stdio.h>
#include <time.h>
  
struct node {
    int value;
    node *next;
};
struct llist {
    node *head;
    void add(int value) {
        node *newNode = new node();
        newNode->value = value;
        newNode->next = head;
        head = newNode;
    }
};
 
int main() {
    int size = 100000;
    sqlist list1;
    llist list2;
    long start = clock();
    for (int i = 0;i < size;i++) {
        list1.add(i);
    }
    long end = clock();
    printf("sequence list: %d\n", end - start);
    start = clock();
    for (int i = 0;i < size;i++) {
        list2.add(i);
    }
    end = clock();
    printf("linked list: %d\n", end - start);
    return 0;
}

在個人電腦上，鏈表的耗時大約是順序表的 4~8 倍。會這樣，是由於數組只須要不多的幾回大塊內存分配，而鏈表則須要不少次小塊內存分配，內存分配操做相對是比較慢的，於是大大拖慢了鏈表的速度。這也是爲何會出現內存池。

所以，鏈表並不像理論分析的那樣美好，在實際應用中要受不少條件制約，通常狀況下仍是安心用順序表的好。