Структура данных

Структура данных (англ. data structure) — программная единица, позволяющая хранить и обрабатывать множество однотипных и/или логически связанных данных в вычислительной технике. Для добавления, поиска, изменения и удаления данных структура данных предоставляет некоторый набор функций, составляющих её интерфейс.

Бинарное дерево, простой пример ветвящейся связной структуры данных.

Термин «структура данных» может иметь несколько близких, но тем не менее различных значений[1]:

  • Абстрактный тип данных;
  • Реализация какого-либо абстрактного типа данных;
  • Экземпляр типа данных, например, конкретный список;
  • В контексте функционального программирования — уникальная единица (англ. unique identity), сохраняющаяся при изменениях. О ней неформально говорят как об одной структуре данных, несмотря на возможное наличие различных версий.

Структуры данных формируются с помощью типов данных, ссылок и операций над ними в выбранном языке программирования.

Различные виды структур данных подходят для различных приложений; некоторые из них имеют узкую специализацию для определённых задач. Например, B-деревья обычно подходят для создания баз данных, в то время как хеш-таблицы используются повсеместно для создания различного рода словарей, например, для отображения доменных имён в интернет-адреса компьютеров.

При разработке программного обеспечения сложность реализации и качество работы программ существенно зависят от правильного выбора структур данных. Это понимание дало начало формальным методам разработки и языкам программирования, в которых именно структуры данных, а не алгоритмы, ставятся во главу архитектуры программного средства. Большая часть таких языков обладает определённым типом модульности, позволяющим структурам данных безопасно переиспользоваться в различных приложениях. Объектно-ориентированные языки, такие как Java, C# и C++, являются примерами такого подхода.

Многие классические структуры данных представлены в стандартных библиотеках языков программирования или непосредственно встроены в языки программирования. Например, структура данных хеш-таблица встроена в языки программирования Lua, Perl, Python, Ruby, Tcl и др. Широко используется стандартная библиотека шаблонов (STL) языка C++.

Фундаментальными строительными блоками для большей части структур данных являются массивы, записи (struct в Си и record в Паскале), размеченные объединения (union в Си) и ссылки. Например, двусвязный список может быть построен с помощью записей и ссылок, где каждая запись (узел) будет хранить данные и ссылки на «левый» и «правый» узлы.

Сравнение структур данных в функциональном и императивном программированииПравить

Проектировать структуры данных для функциональных языков более сложно, чем для императивных, как минимум по двум причинам[1]:

  1. Почти все структуры данных интенсивно используют присваивание, которое в чисто функциональном стиле не используется;
  2. Функциональные структуры данных являются более гибкими, и поэтому там, где в императивном программировании старая версия теряется, просто заменяясь новой, в функциональном она автоматически продолжает существовать. Другими словами, в императивном программировании (если не принять особых мер, которые могут серьёзно усложнить программу) структуры данных являются эфемерными (англ. ephemeral), а в функциональных программах они как правило постоянные (англ. persistent).

ПримечанияПравить

  1. 1 2 Okasaki, 1998, pp. 3-4.

ЛитератураПравить

  • Альфред В. Ахо, Джон Хопкрофт, Джеффри Д. Ульман. Структуры данных и алгоритмы = Data Structures and Algorithms. — М.: Вильямс, 2000. — 384 с. — ISBN 0-201-00023-7.
  • Майкл Мейн, Уолтер Савитч. Структуры данных и другие объекты в C++ = Data Structures and Other Objects Using C++. — 2-е изд. — М.: Вильямс, 2002. — 832 с. — ISBN 0-201-70297-5.
  • Chris Okasaki. Purely Functional Data Structures. — Cambridge University Press, 1998. — 232 с. — ISBN 978-0521663502.

СсылкиПравить