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嵌入式学习笔记DAY23（树，哈希表）

news 来源：原创 2025/7/23 2:19:44

一、树

1.树的概念

之前我们一直在谈的是一对一的线性结构，现实中，还存在很多一对多的情况需要处理，一对多的线性结构——树。

树的结点包括一个数据元素及若干指向其子树的分支，结点拥有的子树数称为结点的度。度为0的结点称为叶结点或者终端结点；度不为0的结点称为非终端结点或者分支节点。除根节点外，分支节点也称为内部节点树的度是树内各节点的度的最大值。

结点的关系：结点的子树的根称为该结点的孩子，相应地，该结点称为孩子的双亲。

结点的层次：

2. 二叉树

二叉树的特点：

3. 特殊二叉树

斜树

满二叉树

完全二叉树

4. 树的存储结构

二叉树每个结点最多有两个孩子，所以为它设计一个数据域和两个指针域，我们称这样的链表叫做二叉链表：

其中data是数据域，Ichild和rchild都是指针域，分别存放指向左孩子和右孩子的指针。

5.树的基本操作

树的结构定义

typedef char DATATYPE;  // 定义树节点存储的数据类型为字符
typedef struct _tree_node_
{DATATYPE data;                     // 节点存储的数据struct _tree_node_ *left, *right;  // 左右子树指针
} TreeNode;  // 二叉树节点结构// 创建二叉树（双星指针用于修改外部指针的值）
char data[]="abd#f###c#eg###";  // 带空节点标记的先序遍历序列
int ind = 0;  // 全局索引，用于遍历数据数组

创建树

void CreateTree(TreeNode** root)
{char c = data[ind++];  // 读取当前字符并移动索引if('#' == c)  // '#'表示空节点{*root = NULL;  // 当前节点置空return;}else{*root = malloc(sizeof(TreeNode));  // 创建新节点if(NULL == *root){fprintf(stderr, "CreateTree malloc error");return;}(*root)->data = c;  // 设置节点数据CreateTree(&(*root)->left);  // 递归创建左子树CreateTree(&(*root)->right);  // 递归创建右子树}
}

树的三种遍历方式

// 前序遍历（根-左-右）
void PreOrderTraverse(TreeNode* root)
{if(NULL == root)  // 空节点直接返回{return;}printf("%c", root->data);  // 访问根节点PreOrderTraverse(root->left);  // 递归遍历左子树PreOrderTraverse(root->right);  // 递归遍历右子树
}
// 中序遍历（左-根-右）
void InOrderTraverse(TreeNode* root)
{if (root == NULL) return;InOrderTraverse(root->left);printf("%c", root->data);InOrderTraverse(root->right);
}// 后序遍历（左-右-根）
void PostOrderTraverse(TreeNode* root)
{if (root == NULL) return;PostOrderTraverse(root->left);PostOrderTraverse(root->right);printf("%c", root->data);
}

树的销毁

void DestroyTree(TreeNode* root)
{if (root == NULL) {return;}DestroyTree(root->left);DestroyTree(root->right);free(root);
}

二、哈希表

关键逻辑说明（除留取余法）：

哈希函数与冲突处理：

使用简单的取模运算作为哈希函数，可能导致较多冲突（如 12 和 24 对 12 取模均为 0）。
采用线性探测法处理冲突：当槽位被占时，依次尝试下一个槽位（ind = (ind + 1) % tlen）。

插入流程：

插入数据时，若遇到冲突（槽位非 - 1），持续探测直到找到空槽位（值为 - 1）。
示例中输出冲突信息，可观察线性探测过程（如 67%12=7，若槽位 7 被占，尝试 8、9...）。

查找流程：

从初始哈希值开始探测，若未找到则按顺序查找下一个槽位。
通过记录初始索引old_ind，避免在满表时陷入无限循环。

内存管理：

示例中未释放哈希表内存，实际使用中需在程序结束前调用free释放hs->head和hs，避免内存泄漏。

示例输出与分析

假设插入数据array时的冲突过程如下（以 12 和 67 为例）：

12%12=0：槽位 0 为空，直接插入。
67%12=7：槽位 7 为空，直接插入。
56%12=8：槽位 8 为空，直接插入。
16%12=4：槽位 4 为空，直接插入。
25%12=1：槽位 1 为空，直接插入。
37%12=1：槽位 1 已被 25 占用，探测 2→空，插入槽位 2。
...（其他数据类似，可能产生多次冲突）

查找 37 时，计算哈希值 1→探测 2，找到数据，返回槽位 2。

#include <stdio.h>      // 标准输入输出
#include <stdlib.h>     // 内存分配函数（malloc/free）
#include <string.h>     // 字符串处理（此处未用到，但保留可能的扩展需求）// 定义数据类型别名（当前为整数，可修改为其他类型）
typedef int DATATYPE;// 哈希表结构体定义
typedef struct {DATATYPE* head;  /**< 指向哈希表数组的指针，存储数据 */int tlen;        /**< 哈希表的长度（数组大小） */
} HSTable;/*** @brief 创建哈希表并初始化* @param len 哈希表的长度（数组大小）* @return HSTable* 指向新创建的哈希表的指针，失败时返回NULL* @note 哈希表数组元素初始化为-1（假设-1表示空槽位）*/
HSTable* CreateHsTable(int len) {// 1. 分配哈希表结构体内存HSTable* hs = malloc(sizeof(HSTable));if (NULL == hs) {// 内存分配失败，输出错误信息到标准错误流fprintf(stderr, "CreateHsTable: 分配结构体内存失败\n");return NULL;}// 2. 分配哈希表数据数组内存hs->head = malloc(sizeof(DATATYPE) * len);if (NULL == hs->head) {// 数据数组分配失败，释放已分配的结构体内存fprintf(stderr, "CreateHsTable: 分配数据数组内存失败\n");free(hs);  // 避免内存泄漏return NULL;}// 3. 初始化哈希表数组：所有槽位标记为-1（空）hs->tlen = len;int i = 0;for (i = 0; i < len; i++) {hs->head[i] = -1;}return hs;
}
/*** @brief 哈希函数：计算数据的哈希值（取模运算）* @param hs 哈希表指针（用于获取表长度）* @param data 待计算的数据源指针* @return int 哈希值（即数组索引）* @note 直接使用数据值对表长取模，简单但可能导致较多冲突*/
int HSFun(HSTable* hs, DATATYPE* data) {return *data % hs->tlen;  // 例如：数据12对12取模得到0
}/*** @brief 向哈希表中插入数据（开放寻址法处理冲突，线性探测）* @param hs 哈希表指针* @param data 待插入的数据指针* @return int 0表示成功，其他值可扩展为错误码* @note 当槽位被占用时，逐个探测下一个槽位（线性探测）*/
int HSInsert(HSTable* hs, DATATYPE* data) {// 1. 计算初始哈希值int ind = HSFun(hs, data);// 2. 线性探测寻找空槽位while (hs->head[ind] != -1) {// 输出冲突信息（调试用）printf("冲突：位置 %d 已被占用，数据 %d 尝试下一个位置\n", ind, *data);// 移动到下一个槽位（取模实现循环探测）ind = (ind + 1) % hs->tlen;}// 3. 插入数据到空槽位hs->head[ind] = *data;return 0;
}/*** @brief 在哈希表中查找数据* @param hs 哈希表指针* @param data 待查找的数据指针* @return int 找到时返回数据所在槽位索引，-1表示未找到* @note 使用线性探测法遍历可能的槽位，避免陷入死循环*/
int HsSearch(HSTable* hs, DATATYPE* data) {// 1. 计算初始哈希值int ind = HSFun(hs, data);// 记录初始索引，用于判断是否绕表一周（避免死循环）int old_ind = ind;// 2. 线性探测查找数据while (hs->head[ind] != *data) {// 移动到下一个槽位ind = (ind + 1) % hs->tlen;// 若回到初始索引，说明未找到if (old_ind == ind) {return -1;}}return ind;  // 返回找到的槽位索引
}int main(int argc, char** argv) {// 1. 创建长度为12的哈希表HSTable* hs = CreateHsTable(12);if (hs == NULL) {return 1;  // 创建失败，退出程序}// 2. 测试数据数组int array[] = {12, 67, 56, 16, 25, 37, 22, 29, 15, 47, 48, 34};int i = 0;int array_len = sizeof(array) / sizeof(array[0]);  // 计算数组长度（12）// 3. 插入数据到哈希表for (i = 0; i < array_len; i++) {HSInsert(hs, &array[i]);}// 4. 查找数据37int want_num = 37;int ret = HsSearch(hs, &want_num);// 5. 输出查找结果if (-1 == ret) {printf("未找到数据 %d\n", want_num);} else {printf("找到数据 %d，位于槽位 %d\n", hs->head[ret], ret);}// 6. 释放哈希表内存（示例中未实现，实际需添加）// free(hs->head);// free(hs);return 0;
}

三、内核链表

1、Linux内核链表是一种数据结构，它在Linux内核编程中广泛使用，用于管理各种类

型的数据元素。链表由一系列节点组成，每个节点包含指向下一个节点和前一个节点的

指针。这种设计使得链表在插入和删除操作时非常高效，因为不需要移动其他元素。

2、链表的定义和初始化

（1）在Linux内核中，链表通过包含list_head结构体的方式在各种数据结构中实现。

（2）list_head结构体定义在<linux/list.h>头文件中，包含next和prev两个指针，分别指

向链表的下一个和前一个元素。要使用内核链表，首先需要包含这个头文件。

（3）初始化链表时，可以使用INIT_LIST_HEAD宏，它将链表的next和prev指针都指向

链表本身，形成一个循环链表。

内核链表是双向循环链表：

注：内部增删改查已经写好，将需要的内容组合到结构体中即可使用

（可通过www.kernel.org去下载内核）

3、内核链表的思想：普通链表与数据耦合性高，自己定义结构体，将数据放入；

（1）offset宏：传入结构体，成员，通过宏进入，计算node的偏移量是多少；

（2）contrainof宏：返回该类型指针的地址。

4、内核链表提供了一系列宏和函数来进行操作，如添加、删除和遍历节点：

（1）添加节点：使用list_add或list_add_tail函数可以在链表的头部或尾部添加新节点。

（2）删除节点：使用list_del函数可以从链表中删除节点。

（3）遍历链表：使用list_for_each或list_for_each_entry宏可以遍历链表中的每个元素。

5、注意事项在：使用内核链表时，需要注意几个重要的点：

（1）内存管理：当添加新节点到链表时，需要确保为节点分配了内存。同样，从链表

中删除节点时，需要释放节点占用的内存。

（2）同步：在多线程环境中操作链表时，可能需要使用锁来避免竞态条件。

（3）性能：虽然链表在插入和删除操作时非常高效，但在查找元素时可能需要遍历整

个链表，这可能会影响性能。

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编程日记 2025/7/17 3:58:29

iOS：重新定义移动交互，引领智能生活新潮流

在当今智能手机与移动设备充斥的时代，操作系统作为其 “灵魂”，掌控着用户体验的方方面面。iOS 系统，这一由苹果公司精心雕琢的杰作，自诞生起便以独特魅力与卓越性能，在移动操作系统领域独树一帜，深刻影响着…...

编程日记 2025/7/21 16:20:11

LabVIEW数据库使用说明

介绍LabVIEW如何在数据库中插入记录以及执行 SQL 查询，适用于对数据库进行数据管理和操作的场景。借助 Database Connectivity Toolkit，可便捷地与指定数据库交互。各 VI 功能详述左侧 VI 功能概述：实现向数据库表中插入数据的操作。当输入…...

编程日记 2025/7/21 13:29:03

Linux多进程写时拷贝物理地址和逻辑地址

如果不采用写时拷贝技术直接fork子进程会发生什么？ 如上图所示橙色为父进程所占内存空间绿色为子进程所占内存空间。如果子进程只是需要做出一点点和父进程不一样的其余和父进程均为相同第一就会出现复制开销比较大；第二占用内存空间所以 …...

编程日记 2025/7/19 13:33:18

在 CentOS 7.9 上部署 node_exporter 并接入 Prometheus + Grafana 实现主机监控

文章目录在 CentOS 7.9 上部署 node_exporter 并接入 Prometheus Grafana 实现主机监控环境说明node_exporter 安装与配置下载并解压 node_exporter创建 Systemd 启动服务验证服务状态验证端口监听 Prometheus 配置 node_exporter 监控项修改 prometheus.yml重新加载 Prometh…...

编程日记 2025/7/21 1:23:48