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数据结构-----初始数据结构、及GDB调试

news 来源：原创 2025/8/8 18:22:35

一、数据结构核心概念

相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。

1. 数据结构定义
// 嵌入式场景示例：传感器网络节点结构
struct SensorNode {uint16_t node_id;     // 2字节float temperature;    // 4字节uint32_t timestamp;    // 4字节struct SensorNode *next; // 指针（4/8字节）
}; // 总大小：14-18字节（需内存对齐）
  • 核心作用：在有限内存中高效组织传感器数据

二、数据结构分类体系

1. 逻辑结构
类型特点嵌入式应用场景
线性一对一关系串口数据缓冲队列
树型一对多关系文件系统目录结构
图状多对多关系物联网设备拓扑关系
集合无特殊关系寄存器位操作
2. 物理结构
类型特点嵌入式适用场景
顺序连续内存存储实时数据采集缓冲区
链式指针链接存储动态任务调度列表

三、嵌入式开发核心数据结构

1. 线性结构
// 循环缓冲区实现（无动态内存分配）
#define BUF_SIZE 128
typedef struct {uint8_t data[BUF_SIZE];uint16_t head;uint16_t tail;
} CircularBuffer;void buf_push(CircularBuffer *cb, uint8_t val) {cb->data[cb->head] = val;cb->head = (cb->head + 1) % BUF_SIZE;
}
2. 树形结构
// 平衡二叉树节点（用于快速查找）
typedef struct TreeNode {int key;void *data;struct TreeNode *left;struct TreeNode *right;uint8_t height; // AVL树高度
} TreeNode;
3. 图结构
// 稀疏图邻接表表示（适用于低功耗设备）
typedef struct EdgeNode {uint16_t dest;uint16_t weight;struct EdgeNode *next;
} EdgeNode;typedef struct {EdgeNode **adjList;uint16_t numNodes;
} Graph;

四、算法设计与分析

算法：
是解决特定问题求解步骤的描述，计算机中表现为指令的有限序列，每条指令表示一个或多个操作。

1. 算法特性验证表
特性验证方法嵌入式特殊要求
有穷性最大执行周期分析满足硬实时截止期
确定性单元测试覆盖所有条件分支处理硬件异常分支
可行性指令周期计算避免浮点运算（无FPU设备）
高效性最坏情况时间复杂度分析限制栈深度防止溢出
2. 嵌入式算法设计原则
// 内存优化示例：位域使用
typedef struct {uint8_t led_state : 1;   // 1位uint8_t fan_speed : 3;   // 3位uint8_t reserved  : 4;    // 4位
} DeviceStatus; // 总大小1字节

五、时间复杂度核心概念

1. 定义

算法时间复杂度用于描述算法运行时间与输入数据规模（n）之间的增长关系，反映算法的效率。

2. 大O表示法规则
步骤操作说明示例转换
1用1取代所有加法常数项T(n)=3n+5 → T(n)=3n+1
2保留最高阶项T(n)=3n²+2n+1 → 3n²
3去除最高阶项的系数3n² → O(n²)

六、常见时间复杂度类型

1. 复杂度等级对比
类型数学表示典型算法嵌入式场景示例
常数时间O(1)数组索引访问寄存器读写操作
对数时间O(log n)二分查找平衡传感器数据查询
线性时间O(n)遍历数组串口数据帧解析
线性对数时间O(n log n)快速排序大数据量排序（慎用）
平方时间O(n²)冒泡排序小规模数据排序
指数时间O(2ⁿ)穷举算法密码破解（避免使用）

七、时间复杂度推导实战

1. 基础案例推导
// 案例1：单循环结构
void func1(int n) {for(int i=0; i<n; i++) {  // 执行n次printf("%d\n", i);    // O(1)操作}
}

分析：

  • 总操作次数 T(n) = n × 1 = n
  • 时间复杂度：O(n)
// 案例2：嵌套循环结构
void func2(int n) {for(int i=0; i<n; i++) {        // n次循环for(int j=0; j<n; j++) {    // n次循环printf("%d,%d\n",i,j);  // O(1)操作}}
}

分析：

  • T(n) = n × n × 1 = n²
  • 时间复杂度：O(n²)
2. 复合结构推导
// 案例3：混合复杂度结构
void func3(int n) {// 第一部分：O(n)for(int i=0; i<2n; i++) { // O(1)操作}// 第二部分：O(log n)int k=1;while(k < n) {k *= 2;  // 每次循环规模减半}// 第三部分：O(1)printf("Done");
}

分析：

  • T(n) = 2n + log₂n + 1
  • 应用规则：
    1. 替换常数项 → 2n + log₂n + 1
    2. 保留最高阶项 → 2n
    3. 去除系数 → n
  • 最终时间复杂度：O(n)
3. 递归算法推导
// 案例4：二分递归
int fibonacci(int n) {if(n <= 1) return n;return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2);
}

分析：

  • 递归树深度为n，每层产生2ⁿ个节点
  • T(n) ≈ 2ⁿ
  • 时间复杂度：O(2ⁿ)

八、特殊场景处理技巧

1. 最坏/平均情况分析
// 快速排序时间复杂度分析
void quick_sort(int arr[], int low, int high) {if(low < high) {int pi = partition(arr, low, high);  // O(n)quick_sort(arr, low, pi-1);          // 递归左半部quick_sort(arr, pi+1, high);         // 递归右半部}
}
  • 最坏情况（已排序数组）：O(n²)
  • 平均情况：O(n log n)
2. 均摊分析
// 动态数组扩容操作
typedef struct {int *data;int size;int capacity;
} DynamicArray;void push_back(DynamicArray *da, int val) {if(da->size == da->capacity) {// 扩容操作 O(n)da->capacity *= 2;int *new_data = realloc(da->data, da->capacity*sizeof(int));da->data = new_data;}da->data[da->size++] = val;  // O(1)
}
  • 单次扩容成本O(n)，但均摊到n次操作为O(1)

九、嵌入式开发优化策略

1. 时间复杂度与内存权衡
算法选择时间效率内存消耗适用场景
快速排序O(n log n)O(log n)内存充足的排序需求
插入排序O(n²)O(1)小规模数据排序
计数排序O(n+k)O(k)已知数值范围的整数排序
2. 实时系统注意事项
  • 避免不可预测的递归深度
  • 限制动态内存分配
  • 优先选择确定性算法

十、复杂度速查表

代码模式时间复杂度示例
单层循环O(n)for(i=0; i<n; i++)
双层嵌套循环O(n²)冒泡排序
循环变量指数增长O(log n)while(i<n) i*=2
分治算法（二分）O(n log n)归并排序
全排列组合O(n!)旅行商问题穷举解法

十一、GDB调试环境准备

1. 编译选项
# 基础调试编译 (生成符号表)
gcc -g main.c -o app# 多线程程序调试
gcc -g -lpthread thread_demo.c -o thread_app# 显示完整字符串内容（默认截断300字符）
(gdb) set print elements 0
2. 启动调试
# 常规启动
gdb ./app# 核心转储分析
gdb ./app core.dump

十二、核心调试流程

1. 基础调试流程
(gdb) break main        # 主函数入口断点
(gdb) run               # 启动程序执行
(gdb) next              # 单步步过
(gdb) step              # 单步步入
(gdb) continue          # 继续执行到下一个断点
2. 断点管理
命令功能说明
break fun.c:36在fun.c第36行设置断点
break MyClass::method类方法断点
info breakpoints查看所有断点
disable 2禁用2号断点
ignore 1 5忽略1号断点前5次触发

十三、内存错误调试技巧

1. 段错误(Segmentation Fault)排查
# 复现错误
(gdb) run
Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.# 定位错误位置
(gdb) where
#0  0x0804894f in viewMediaList (path=0xbfff0ca "/home/linux") at fun.c:36
#1  0x0804878b in main () at main.c:33# 检查关键变量
(gdb) frame 0            # 切换到出错栈帧
(gdb) print path         # 查看路径指针
(gdb) x/10x path         # 检查内存内容
2. 内存诊断命令
(gdb) info registers     # 查看寄存器状态
(gdb) x/20wx \(  esp        # 查看栈内存
(gdb) watch *0x0804a000  # 设置内存监视点
(gdb) backtrace full     # 显示完整堆栈信息

十四、高级调试技巧

1. 多线程调试
(gdb) info threads       # 显示所有线程
(gdb) thread 3           # 切换到3号线程
(gdb) break thr_func thread 2  # 特定线程断点
2. 条件断点
(gdb) break fun.c:50 if count > 100
(gdb) condition 3 buffer != NULL
3. 数据可视化
(gdb) print *array@10     # 打印数组前10元素
(gdb) set print pretty on # 结构化显示
(gdb) display var         # 持续监控变量

十五、典型调试场景示例

1. 缓冲区溢出检测
(gdb) break strcpy
(gdb) commands
> print (char*)dest
> print (char*)src
> continue
end
2. 死锁定位
(gdb) info threads
(gdb) thread apply all backtrace
(gdb) p mutex1->__data.__lock
3. 内存泄漏排查
(gdb) break malloc
(gdb) commands
> set   \)ptr = (void*)\(  rax
> printf "Allocated %p\n",   \)ptr
> continue
end(gdb) break free
(gdb) commands
> printf "Freed %p\n", (void*)\(  rdi
> continue
end

十六、调试流程总结

  1. 复现问题：使用run触发错误
  2. 定位现场：where查看调用栈
  3. 分析上下文：frame切换栈帧，info locals查看局部变量
  4. 诊断内存：x命令检查内存，watch设置监视点
  5. 修正验证：修改代码后重新编译测试
  6. 预防措施：添加断言和内存检查

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编程日记 2025/8/7 16:06:58

docker利用ollama +Open WebGUI在本地搭建部署一套Deepseek-r1模型

系统&#xff1a;没有限制&#xff0c;可以运行docker就行 磁盘空间&#xff1a;至少预留50GB; 内存&#xff1a;8GB docker版本&#xff1a;4.38.0 桌面版 下载ollama镜像 由于docker镜像地址&#xff0c;网络不太稳定&#xff0c;建议科学上网的一台服务器拉取ollama镜像&am…...

编程日记 2025/8/4 1:45:01

精准git动图拆解​

参考原文&#xff1a;精准git动图拆解​​ 该工具可精准识别并提取.git 动图的每一帧&#xff0c;无论是代码运行演示&#xff0c;还是项目流程展示的动图&#xff0c;都能完美处理。​ 快速格式转换​ 提取的动图帧会快速转换为 PNG 格式。PNG 无损压缩、支持透明背景&…...

编程日记 2025/8/1 4:52:51

让vscode远程开发也可以图形显示

目录 0. 摘要1. 保存查看2. jupyter内置inline渲染3. jupyter浏览器4. matplot修改后端5. SSH X11转发[※]6. 参考 0. 摘要 vscode登录远程服务器进行开发遇到图形显示需求时&#xff0c;该怎么处理&#xff1f;一般有几种方式&#xff1a; 保存下来查看jupyter内置的inline图…...

编程日记 2025/8/2 13:31:53

996引擎 - 红点系统

996引擎 - 红点系统 总结NPC 红点（TXT红点）Lua 红点1. Red_Point.lua2. UI_Ex.lua参考资料以下内容是在三端 lua 环境下测试的 总结 红点系统分几个部分组成。 M2中设置变量推送。 配置红点表。 Envir\Data\cfg_redpoint.xls 2.1. UI元素中找到ID填写 ids 列。 主界面挂载…...

编程日记 2025/8/3 23:00:01

Springboot List集合的校验方式

pom.xml 引入 <dependency><groupId>org.hibernate.validator</groupId><artifactId>hibernate-validator</artifactId><version>6.2.0.Final</version></dependency><dependency><groupId>org.springframework.b…...

编程日记 2025/8/4 20:07:53

基于图像识别的医学影像大数据诊断系统的设计与实现

标题:基于图像识别的医学影像大数据诊断系统的设计与实现 内容:1.摘要 随着医学影像技术的快速发展&#xff0c;医学影像数据量呈爆炸式增长&#xff0c;传统的人工诊断方式在处理海量数据时效率低下且容易出现误差。本研究的目的是设计并实现一个基于图像识别的医学影像大数据…...

编程日记 2025/8/4 5:07:05

黑马node.js教程（nodejs教程）——AJAX-Day01-04.案例_地区查询——查询某个省某个城市所有地区（代码示例）

文章目录 代码示例效果 代码示例 axiosTest.html <!DOCTYPE html> <!-- 文档类型声明&#xff0c;告诉浏览器这是一个HTML5文档 --> <html lang"en"> <!-- HTML根元素&#xff0c;设置文档语言为英语 --><head> <!-- 头部区域&am…...

编程日记 2025/8/5 14:28:31

PySide(PyQt)，使用types.MethodType动态定义事件

以PySide(PyQt)的图片项为例&#xff0c;比如一个视窗的场景底图是一个QGraphicsPixmapItem&#xff0c;需要修改它的鼠标滚轮事件&#xff0c;以实现鼠标滚轮缩放显示的功能。为了达到这个目的&#xff0c;可以重新定义一个QGraphicsPixmapItem类&#xff0c;并重写它的wheelE…...

编程日记 2025/8/6 12:37:05

c语言基础编程入门练习题

[编程入门]成绩评定 题目描述 给出一百分制成绩&#xff0c;要求输出成绩等级‘A’、‘B’、‘C’、‘D’、‘E’。 90分以及90分以上为A&#xff0c;80-89分为B&#xff0c;70-79分为C&#xff0c;60-69分为D&#xff0c;60分以下为E。 输入格式 一个整数0&#xff0d;100…...

编程日记 2025/8/6 22:37:35

汽车安全确认等级-中国等保

1、概念解析 网络安全保证等级&#xff08;Cybersecurity Assurance Level&#xff09;通常指在不同标准或框架下&#xff0c;根据系统或数据的敏感性、重要性以及潜在风险划分的等级&#xff0c;用于指导组织采取相应的安全防护措施。以下是几个常见的网络安全保证等级体系及…...

编程日记 2025/8/3 14:45:45

Quartus + VScode 实现模块化流水灯

文章目录 一、通过VScode编写Verilog代码二、模块化编程三、代码示例 一、通过VScode编写Verilog代码 1、下载Vscode 2、下载相关插件 搜索Verilog就会弹出有如图所示的插件&#xff0c;下载并安装 3、创建Quartus项目 4、创建完成后点击Tools&#xff0c;选择Options 然后在…...

编程日记 2025/8/6 7:00:58

从两指到三指：Robotiq机器人自适应夹持器技术解析

工业自动化离不开高效工具的支持。Robotiq机器人工具凭借其模块化设计和智能化编程技术&#xff0c;提升了设备的灵活性和操作效率。Robotiq机器人工具精准的传感器和自适应夹持器技术&#xff0c;能够满足多样化的应用需求&#xff0c;为制造业、物流和科研等领域提供可靠的解…...

编程日记 2025/8/1 1:38:59

网络安全应急入门到实战

奇安信&#xff1a;95015网络安全应急响应分析报告&#xff08;2022-2024年&#xff09;官网可以下载 https://github.com/Bypass007/Emergency-Response-Notes 应急响应实战笔记 网络安全应急响应技术实战指南 .pdf 常见场景 第4章 勒索病毒网络安全应急响应 第5章 挖矿木…...

编程日记 2025/8/8 7:47:38