顺序表与单链表的区别及优缺点

Posted 2020-11-07 在这里, 意淫和实干都值得尊重

线性表之顺序表与单链表的区别及优缺点

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这里比较的是基于C语言实现的顺序表与单链表，与其他语言的实现可能会有差异，但我相信语言是相通的，它们的实现机制应该也差不多。 

顺序表描述：

顺序表是在计算机内存中以数组的形式保存的线性表，是指用一组地址连续的存储单元依次存储数据元素的线性结构。只要确定了起始位置，表中任一元素的地址都通过下列公式得到：LOC（ai）=LOC（a1）+（i-1）*L 　1≤i≤n 其中，L是元素占用存储单元的长度。

单链表描述： 

单链表是一种链式存取的数据结构，用一组地址任意的存储单元存放线性表中的数据元素。它的数据是以结点（类型一般为结构体）来表示的，每个结点的构成：数据（类型为要存储的数据的类型） + 指针（结构体指针），数据就是链表里具体要存储的东西，指针就是用来把每个节点都连接起来，使它们形成一个链状。

结点： 

链表：

 

空间上的比较（Space）

a. 空间的开辟： 

顺序表的实现一般是实现连续开辟一段空间，然后在进行数据的增删查改（静态顺序表），所以顺序表一般是固定空间大小的；而单链表则是一次只开辟一个结点的空间，用来存储当前要保存的数据及指向下一个结点或NULL的指针，所以单链表的空间大小时动态变化的。（当然，顺序表也可以在初始化时利用malloc函数来开辟一块空间，每当空间不够用时，再用realloc来把当前空间扩容成2倍，从而也能实现空间的动态变化（动态顺序表））。 

b. 空间的使用：

当我们不知道要存储多少数据时，用顺序表来开辟的空间如果太大，就会造成一定程度上的浪费，而用单链表是实现时，因为是每需要存储一个数据时，才开辟一个空间，虽然有非数据项的指针占空间，但相比顺序表来说，浪费不是那么明显；反之，当我们知道存储的数据的数量时，用顺序表来开辟对应的空间大小，来存储数据，因为顺序表中每个元素的存储密度为 1，就完全不会有浪费的空间，而用单链表，因为每个结点都会有非数据项得指针，那么就会造成空间的浪费。再者，编译器会为每个程序从内存上分配一段空间，给该程序使用。然而我们每次开辟空间时都是在随机的位置开辟的，那么使用单链表，就会多次的在程序分配到的这块空间上开辟空间，因为每次都是开辟的位置都是随机的，那么可能会把这块空间搞得七零八碎，出现很多小的一般使用不到的碎片空间，这样很大程度上造成了空间的浪费，而使用顺序表的话，不会经常开辟空间，这样就减少了碎片空间的出现，那么就一定程度上节省了空间。 

c. 对CPU高速缓存的影响： 

因为顺序表的空间一般是连续开辟的，而且一次会开辟存储多个元素的空间，所以在使用顺序表时，可以一次把多个数据写入高速缓存，再写入主存，顺序表的CPU高速缓存效率更高，且CPU流水线也不会总是被打断；而单链表是每需要存储一个数据才开辟一次空间，所以每个数据存储时都要单独的写入高速缓存区，再写入主存，这样就造成了，单链表CPU高速缓存效率低，且CPU流水线会经常被打断。

从这儿看，貌似顺序表要更好一些，真是如此吗？继续看下去。

时间上的比较:

a. 访问随机元素的时间复杂度： 

因为顺序表的结构就像是数组一样，可以用下标来访问它的元素，所以它的元素是支持随机访问的；相比之下，单链表的数据是链式存储的，它的元素是不支持随机访问的，想要知道某个元素，只能从头结点开始遍历整个链表，知道找到了该元素为止。因此顺序表访问随机元素的时间复杂度是O（1），而单链表访问随机元素的平均时间复杂度是O（n）。

b. 随机位置插入、删除元素的时间复杂度：

因为顺序表的元素是连续存储的，因此要在特定位置插入、删除元素需要把它之后的元素全部后移或前移一个元素的位置，时间开销很大；而单链表在插入或删除元素时，只需要改变它的前驱元素及插入或删除元素的指向即可。因此，顺序表在插入随机位置插入、删除元素的平均时间复杂度是O（n），单链表在插入随机位置插入、删除元素的时间复杂度是O（1）。

一般来说线性表（顺序表和单链表都属于线性表）的插入删除操作会被执行的频繁一些，因此，使用单链表的频率较大。

总结:

综合上述所言，顺序表和单链表各有各的优缺点，使用哪一种会好一些要结合具体的问题而言，不能一概而论。 
比如： 
　　在查询操作使用的比较频繁时，使用顺序表会好一些；

　　在插入、删除操作使用的比较频繁时，使用单链表会好一些。

PS：使用顺序表和链表都必须满足每个元素占有相同大小的内存空间，并且这个大小是固定的