6 嵌入式软件面试 — 数据结构

6.1 常用数据结构概念

问题1：链表有几种常见类型（）

单向链表：每个节点只包含一个指向下一个节点的指针。

双向链表：每个节点包含两个指针，一个指向下一个节点，一个指向前一个节点。

循环链表：链表的最后一个节点指向第一个节点，形成一个环。

问题2：链表的优缺点（）

链表优缺点：链表的优点是插入和删除操作非常高效，特别是在需要频繁插入和删除的场景下。缺点是访问特定位置的元素时速度较慢，因为需要从头开始逐个遍历。

问题3：链表的应用场景（）

链表在很多场景中都非常有用，特别是在需要频繁插入和删除操作的情况下。以下是一些常见的应用场景：

动态数据结构：链表非常适合用于需要频繁插入和删除元素的数据结构，因为它们不需要移动其他元素，只需调整指针即可。

事件处理：在事件驱动的系统中，链表可以用于存储待处理的事件，按照事件发生的顺序或优先级进行处理。

问题4：链表中头指针和头结点的区别？（）

头指针：头指针是指向链表第一个节点的指针变量。用于标识链表的起点，无论链表是否为空，头指针都存在。它指向链表的第一个节点（如果有头结点，则指向头结点；如果没有头结点，则指向第一个数据节点）。

头结点：头结点是链表中的一个特殊节点，通常不存储实际数据。它放在链表的最前面，主要用于简化链表的操作。头结点的存在使得链表的插入和删除操作更加统一和方便。比如，在有头结点的链表中，插入和删除第一个数据节点的操作与其他节点的操作一致。

问题5：简述什么是栈（）

栈是一种特殊的线性数据结构，只允许在一端进行插入和删除操作。这一端被称为栈顶，另一端称为栈底。栈遵循“后进先出”的原则。栈的主要操作有：

• 压栈（Push）：将一个元素添加到栈顶。
• 出栈（Pop）：从栈顶移除一个元素。
• 查看栈顶元素（Peek/Top）：获取栈顶的元素但不移除它。

问题6：说一说栈有哪些应用场景？（）

括号匹配：编译器和解释器使用栈来检查括号是否匹配。每当遇到一个左括号时，将其压入栈中；每当遇到一个右括号时，从栈中弹出一个左括号进行匹配。

撤销操作：许多软件应用程序（如文本编辑器）使用栈来实现撤销功能。每当用户执行一个操作时，相关信息会被推入栈中。当用户选择撤销时，程序会从栈中弹出最近的操作并还原到上一个状态。

浏览器历史记录：浏览器使用栈来实现后退和前进功能。每当访问一个新页面时，当前页面的信息会被推入栈中。当用户点击后退按钮时，程序会从栈中弹出最近访问的页面并显示上一个页面。

递归算法：递归函数调用本质上使用栈来保存每次递归调用的状态。当递归函数返回时，栈会弹出并恢复上一个状态。

问题7：栈溢出的原因以及解决方法？（）

栈溢出通常是因为程序在运行时，栈内存被耗尽了。常见的原因有以下几种：

• 递归调用太深：如果一个函数不断调用自己而没有终止条件，就会导致栈溢出。
• 局部变量过多：在一个函数中定义了太多的局部变量，也会占用大量的栈空间。
• 方法调用链太长：如果一个方法调用了很多其他方法，尤其是在循环中，也可能导致栈溢出。

解决方法有：

• 优化递归算法：确保递归有明确的终止条件，或者使用循环代替递归。
• 减少局部变量：尽量减少函数中的局部变量数量，或者将一些变量转换为成员变量。
• 增加栈的大小：可以通过调整虚拟机参数来增加栈的大小，比如在Java中使用-Xss参数。

问题8：简述什么是队列？（）

队列按照先进先出的原则进行操作，简单来说，队列就像排队买票，先到的人先买票，后到的人排在队尾。在队列中，有两个主要操作：

入队：将元素添加到队列的末尾，称为队尾。

出队：从队列的开头移除元素，称为队头。

问题9：说一说队列的使用场景？（）

任务调度：操作系统中使用队列来管理任务的执行顺序，确保任务按照先来先服务的原则进行处理。

缓冲区管理：在网络通信中，队列用于数据包的缓冲，确保数据按顺序传输和处理。

打印队列：打印机处理多个打印任务时，会将任务按顺序排队，先提交的任务先打印。

消息队列：在分布式系统中，消息队列用于异步处理任务，解耦系统组件，提高系统的可扩展性和可靠性。

问题10：简述什么是堆？（）

堆是一棵完全二叉树，这意味着除了最后一层，所有层都是满的，最后一层的节点从左到右依次排列。在堆中，每个节点的值都不大于（最大堆）或不小于（最小堆）其子节点的值。这保证了堆顶（根节点）是整个堆中最大或最小的元素。堆的主要操作有：

插入：将新元素添加到堆中，并调整堆以保持堆性质。

删除：通常删除堆顶元素，并用最后一个元素替代堆顶，然后调整堆以保持堆性质。

问题11：简述什么是哈希表？（）

哈希表是一种用于存储键值对的数据结构。它通过一个称为哈希函数的函数，将键（Key）映射到表中的一个位置，从而加快查找速度，平均情况下都可以达到常数时间复杂度 O ( 1 )。

哈希函数：哈希函数将键转换为哈希值，这个哈希值对应于哈希表中的一个位置。理想情况下，不同的键会映射到不同的位置。

冲突处理：由于哈希函数可能会将不同的键映射到相同的位置（称为冲突），因此需要有方法来处理这些冲突。常见的冲突处理方法包括链地址法（拉链法）和开放地址法。

应用场景：哈希表广泛应用于数据库索引、缓存实现、唯一性检测等场景。

问题12：哈希表冲突的解决办法有哪些？（）

在哈希表中，当两个或多个键通过哈希函数映射到同一个位置时，就会发生冲突（Collision）。处理这种冲突的方法主要有以下几种：

开放定址法：当发生冲突时，寻找下一个空闲位置。

链地址法：将所有哈希地址相同的元素存储在一个链表中。这样即使发生冲突，也可以通过链表来存储多个元素。

问题13：哈希表有哪些优缺点？（）

6.2 数据结构对比

问题14：叙述栈和队列的区别？（）

问题15：简述堆和普通树的区别?（）

问题16：简述堆和栈的区别？（）