指標 (電腦科學)和数据结构

快捷方式: 差异，相似，杰卡德相似系数，参考。

指標 (電腦科學)和数据结构之间的区别

指標 (電腦科學) vs. 数据结构

在计算机科学中，指標（Pointer），是程式語言中的一类数据类型及其物件或變數，用來表示或儲存一個記憶體位址，這個位址的值直接指向（points to）存在该地址的对象的值。 指標參考（reference）了記憶體中一個位址。通過被稱為指標反參考（dereferencing）的動作，可以取出在那個位址中儲存的值。保存在指標指向的位址中的值，可能代表另一個變數、結構、物件或函數。但是從指標值是無法得知它所參照的記憶體中儲存了什麼資料型別的資訊。可以打个比方，假設將電腦記憶體當成一本書，一張內容記錄了某個頁碼加上行號的便利貼，可以被當成是一個指向特定頁面的指標；根據便利貼上面的頁碼與行號，翻到那個頁面，把那個頁面的那一行文字讀出來，就相當於是對這個指標進行反參考的動作。可做一类比以增强对指针的理解：整形（integral）也是一类数据类型及其物件或變數，可定义具体的数据类型如短整形（short）、长整形（long）、超长整形（long long）、无符号整形（unsigned）等等；也可以用于称呼整形值、整形对象、整形变量等。又如，一个浮点指针（float *），可称作指向了一个浮点类型的对象。 在高級語言中，指標有效的取代了在低階語言（如匯編語言與機器碼）直接使用内存地址。但它可能只適用於合法位址之中。因為指標更貼近硬體，編譯器能夠很容易的將指標翻譯為機械碼，這使指標操作時的負擔較少，因此能夠提高程式的運作速度。 使用指標能夠簡化許多資料結構的實作，例如在遍歷字串，查取表格，控制表格及樹狀結構上。對指標進行複製，之後再解參照指標以取出資料，無論在時間或空間上，都比直接複製及存取資料本身來的經濟快速。指標表示法較為直覺，使程式的表達更為簡潔，同時也能夠提供動態機制來建立新的節點。 在程序編程（procedural programming）中，指標也被用來保存系統呼叫流程，以及動態連結資料庫（DLL）的進入點位址。在物件導向編程中，使用函數指標（Function pointer）來綁定方法（method），常見於虛擬方法表（Virtual method table）中。 但是指標本身也存在一些可被滥用之处，在存取某個資料結構時，可能會超出可用範圍，使軟體或作業系統出現異常，嚴重時可造成當機。利用指標去存取或修改非合法可取用的資料，也可能造成安全性問題。为此，C与C++语言规定指针类型为强类型，即指针值不仅是一个内存地址，同时它的数据类型说明了存在这个地址可以安全访问的地址的范围，例如，float*可以访问4个字节的内存空间，double*可以访问8个字节的内存空间。 許多程式語言中都支援某種形式的指標，最著名的是C語言，但是有些程式語言對指標的運用採取比較嚴格的限制。因為指標的機制比較簡單，其功能可以被集中重新實作成更抽象化的參照（reference）資料形別，如Java一般避免用指针，改為使用參照。. 在计算机科学中，数据结构（data structure）是计算机中存储、组织数据的方式。 数据结构意味着介面或封装：一个数据结构可被视为两个函数之间的介面，或者是由数据类型联合组成的存储内容的访问方法封装。 大多数数据结构都由数列、记录、可辨识联合、引用等基本类型构成。举例而言，可為空的引用（nullable reference）是引用与可辨识联合的结合体，而最简单的链式结构链表则是由记录与可空引用构成。 数据结构可透过程式语言所提供的数据类型、引用及其他操作加以实现。一个设计良好的数据结构，应该在尽可能使用较少的时间与空间资源的前提下，支援各種程式執行。 不同种类的数据结构适合不同种类的应用，部分資料結構甚至是為了解決特定問題而設計出來的。例如B树即為加快樹狀結構存取速度而設計的資料結構，常被應用在資料庫和檔案系統上。 正確的数据结构選擇可以提高演算法的效率（請參考）。在電腦程式设计的過程裡，选择适当的数据结构是一項重要工作。许多大型系统的編寫经验顯示，程式設計的困难程度与最终成果的质量与表现，取决于是否选择了最適合的数据结构。 系統架構的关键因素是数据结构而非算法的見解，导致了多种形式化的设计方法与编程语言的出现。绝大多数的语言都带有某种程度上的模块化思想，透过将数据结构的具体实现封装隐藏于使用者介面之后的方法，来让不同的应用程序能够安全地重用这些数据结构。C++、Java、Python等面向对象的编程语言可使用类 (计算机科学)来達到這個目的。 因为数据结构概念的普及，现代编程语言及其API中都包含了多种預設的数据结构，例如 C++ 标准模板库中的容器、Java集合框架以及微软的.NET Framework。.

參照

在電腦科學中，參照（reference）是指一個可以讓程式間接存取於電腦記憶體或其他儲存裝置中一特定資料的值，該數據可以為變數或記錄。 參照和資料本身不同。一般而言，參照會是資料儲存於記憶體或儲存裝置中的實體位址。因此，參照亦常被稱為該資料的指標或位址。不過，參照也被用來指資料位址和某一固定「基準」位址的偏移值，或是陣列的索引。 參照的概念和其他如關聯鍵或識別字之類用來識別特定資料項目的值不同，後者只能透過資料庫表中的尋找運算，來存取資料。 參照被廣泛用於程式設計之中，尤其是用於將大量或易變的資料有效地透過參數傳給子程式，或在不同的用途中共享此類資料。此外，參照也能指向一個包含其他資料之參照的變數或記錄，此一概念為間接定址及連結資料結構（如連結串列）之基礎。.

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类 (计算机科学)

在物件導向程式設計，类（class）是一种面向对象计算机编程语言的构造，是创建对象的蓝图，描述了所创建的对象共同的和方法。 类的更严格的定义是由某种特定的元数据所组成的内聚的包。它描述了一些对象的行为规则，而这些对象就被称为该类的实例。类有接口和结构。接口描述了如何通过方法与类及其实例互操作，而结构描述了一个实例中数据如何划分为多个属性。类是与某个层的对象的最具体的类型。类还可以有运行时表示形式（元对象），它为操作与类相关的元数据提供了运行时支持。 支持类的编程语言在支持与类相关的各种特性方面都多多少少有一些微妙的差异。大多数都支持不同形式的类继承。许多语言还支持提供封装性的特性，比如访问修饰符。类的出现，为面向对象编程的三个最重要的特性（封装性、继承性、多态性），提供了实现的手段。.

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编程语言

编程语言（programming language），是用来定义计算机程序的形式語言。它是一种被标准化的交流技巧，用来向计算机发出指令。一种计算机语言让程序员能够准确地定义计算机所需要使用的数据，并精确地定义在不同情况下所应当采取的行动。 最早的编程语言是在電腦發明之前產生的，當時是用來控制及自動演奏鋼琴的動作。在電腦領域已發明了上千不同的编程語言，而且每年仍有新的编程語言誕生。很多编程語言需要用指令方式說明計算的程序，而有些编程語言則屬於宣告式編程，說明需要的結果，而不說明如何計算。 编程语言的描述一般可以分為及語義。語法是說明編程語言中，哪些符號或文字的組合方式是正確的，語義則是對於編程的解釋。有些語言是用規格文件定義，例如C語言的規格文件也是ISO標準中一部份，2011年後的版本為ISO/IEC 9899:2011，而其他55語言（像Perl）有一份主要的文件，視為是。.

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面向对象程序设计

面向对象程序设计（Object-oriented programming，缩写：OOP）是種具有物件概念的程式編程典範，同时也是一种程序开发的抽象方针。它可能包含資料、、程式碼與方法。对象則指的是类的实例。它将对象作为程序的基本单元，将程序和数据封装其中，以提高软件的重用性、灵活性和扩展性，物件裡的程序可以訪問及經常修改物件相關連的資料。在物件導向程式編程裡，電腦程式會被設計成彼此相關的物件。 面向对象程序设计可以看作一种在程序中包含各种独立而又互相调用的对象的思想，这与传统的思想刚好相反：传统的程序设计主张将程序看作一系列函数的集合，或者直接就是一系列对电脑下达的指令。面向对象程序设计中的每一个对象都应该能够接受数据、处理数据并将数据传达给其它对象，因此它们都可以被看作一个小型的“机器”，即对象。目前已经被证实的是，面向对象程序设计推广了程序的灵活性和可维护性，并且在大型项目设计中广为应用。此外，支持者声称面向对象程序设计要比以往的做法更加便于学习，因为它能够让人们更简单地设计并维护程序，使得程序更加便于分析、设计、理解。反对者在某些领域对此予以否认。 当我们提到面向对象的时候，它不仅指一种程序设计方法。它更多意义上是一种程序开发方式。在这一方面，我们必须了解更多关于面向对象系统分析和面向对象设计（Object Oriented Design，简称OOD）方面的知识。許多流行的程式語言是物件導向的,它們的風格就是會透由物件來創出實例。 重要的物件導向程式語言包含Common Lisp、Python、C++、Objective-C、Smalltalk、Delphi、Java、Swift、C#、Perl、Ruby 與 PHP等。.

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计算机科学

计算机科学用于解决信息与计算的理论基础，以及实现和应用它们的实用技术。 计算机科学（computer science，有时缩写为CS）是系统性研究信息与计算的理论基础以及它们在计算机系统中如何与应用的实用技术的学科。 它通常被形容为对那些创造、描述以及转换信息的算法处理的系统研究。计算机科学包含很多分支领域；有些强调特定结果的计算，比如计算机图形学；而有些是探討计算问题的性质，比如计算复杂性理论；还有一些领域專注于怎样实现计算，比如程式語言理論是研究描述计算的方法，而程式设计是应用特定的程式語言解决特定的计算问题，人机交互则是專注于怎样使计算机和计算变得有用、好用，以及随时随地为人所用。 有时公众会误以为计算机科学就是解决计算机问题的事业（比如信息技术），或者只是与使用计算机的经验有关，如玩游戏、上网或者文字处理。其实计算机科学所关注的，不仅仅是去理解实现类似游戏、浏览器这些软件的程序的性质，更要通过现有的知识创造新的程序或者改进已有的程序。 尽管计算机科学（computer science）的名字里包含计算机这几个字，但实际上计算机科学相当数量的领域都不涉及计算机本身的研究。因此，一些新的名字被提议出来。某些重点大学的院系倾向于术语计算科学（computing science），以精确强调两者之间的不同。丹麦科学家Peter Naur建议使用术语"datalogy"，以反映这一事实，即科学学科是围绕着数据和数据处理，而不一定要涉及计算机。第一个使用这个术语的科学机构是哥本哈根大学Datalogy学院，该学院成立于1969年，Peter Naur便是第一任教授。这个术语主要被用于北欧国家。同时，在计算技术发展初期，《ACM通讯》建议了一些针对计算领域从业人员的术语：turingineer，turologist，flow-charts-man，applied meta-mathematician及applied epistemologist。 三个月后在同样的期刊上，comptologist被提出，第二年又变成了hypologist。 术语computics也曾经被提议过。在欧洲大陆，起源于信息（information）和数学或者自动（automatic）的名字比起源于计算机或者计算（computation）更常见，如informatique（法语），Informatik（德语），informatika（斯拉夫语族）。 著名计算机科学家Edsger Dijkstra曾经指出：“计算机科学并不只是关于计算机，就像天文学并不只是关于望远镜一样。”（"Computer science is no more about computers than astronomy is about telescopes."）设计、部署计算机和计算机系统通常被认为是非计算机科学学科的领域。例如，研究计算机硬件被看作是计算机工程的一部分，而对于商业计算机系统的研究和部署被称为信息技术或者信息系统。然而，现如今也越来越多地融合了各类计算机相关学科的思想。计算机科学研究也经常与其它学科交叉，比如心理学，认知科学，语言学，数学，物理学，统计学和经济学。 计算机科学被认为比其它科学学科与数学的联系更加密切，一些观察者说计算就是一门数学科学。 早期计算机科学受数学研究成果的影响很大，如Kurt Gödel和Alan Turing，这两个领域在某些学科，例如数理逻辑、范畴论、域理论和代数，也不断有有益的思想交流。.

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Java

Java是一種廣泛使用的電腦程式設計語言，擁有跨平台、物件導向、泛型程式設計的特性，广泛应用于企业级Web应用开发和移动应用开发。 任職於昇陽電腦的詹姆斯·高斯林等人于1990年代初开发Java語言的雛形，最初被命名为Oak，目標設定在家用电器等小型系統的程式语言，應用在电视机、电话、闹钟、烤面包机等家用电器的控制和通訊。由于这些智能化家电的市场需求没有预期的高，Sun公司放弃了该项计划。随着1990年代網際網路的发展，Sun公司看見Oak在網際網路上应用的前景，于是改造了Oak，於1995年5月以Java的名称正式发布。Java伴随着互联网的迅猛发展而发展，逐渐成为重要的网络编程语言。 Java编程语言的风格十分接近C++语言。继承了C++语言面向对象技术的核心，Java舍弃了C++语言中容易引起错误的-zh-hans:指针; zh-hant:指標;-，改以-zh-hans:引用; zh-hant:參照;-取代，同時移除了C++中的--和多重继承特性，改用接口取代，增加垃圾回收器功能。在Java SE 1.5版本中引入了泛型编程、类型安全的枚举、不定长参数和自动装/拆箱特性。昇陽電腦对Java语言的解释是：「Java编程语言是个简单、面向对象、分布式、解释性、健壮、安全与系统无关、可移植、高性能、多线程和动态的语言」 Java不同於一般的编译語言或直譯語言。它首先将源代码编译成字节码，然后依赖各种不同平台上的虚拟机来解释执行字节码，从而实现了“一次编写，到处运行”的跨平台特性。在早期JVM中，这在一定程度上降低了Java程序的运行效率。但在J2SE1.4.2发布后，Java的執行速度有了大幅提升。 与传统型態不同，Sun公司在推出Java時就将其作为开放的技术。全球数以万计的Java开发公司被要求所设计的Java软件必须相互兼容。“Java语言靠群体的力量而非公司的力量”是 Sun公司的口号之一，并获得了广大软件开发商的认同。这与微软公司所倡导的注重精英和封闭式的模式完全不同，此外，微软公司後來推出了与之竞争的.NET平台以及模仿Java的C#语言。後來Sun公司被甲骨文公司併購，Java也隨之成為甲骨文公司的產品。 現時，行動作業系統Android大部分的代碼採用Java 程式設計語言編程。.

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数组

在計算機科學中，陣列資料結構（array data structure），簡稱数组（Array），是由相同类型的元素（element）的集合所組成的資料結構，分配一块连续的内存来存储。利用元素的索引（index）可以计算出该元素對應的儲存地址。 最簡單的資料結構類型是一維陣列。例如，索引為0到9的32位元整數陣列，可作為在記憶體位址2000，2004，2008，...2036中，儲存10個變量，因此索引為i的元素即在記憶體中的2000+4×i位址。陣列第一個元素的記憶體位址稱為第一位址或基礎位址。 二维数组，对应于數學上的矩陣概念，可表示為二維矩形格。例如： a.

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