C 和 C++ 实现

实现结构

本仓库中的 C/C++ 实现采用了结构化的方法，包括头文件、通用工具和特定语言的内存管理。

目录结构

来源： .gitattributes, codes/c/chapter_array_and_linkedlist/CMakeLists.txt, codes/c/chapter_stack_and_queue/CMakeLists.txt

常见模式

C 和 C++ 实现都遵循这些通用模式

每个文件通常实现单个数据结构或算法
通用工具从 utils/common.h (C) 或 utils/common.hpp (C++) 导入
代码按主题组织到章节（目录）中
每个实现都包含一个驱动代码部分（main() 函数），演示了用法

C 实现方法

内存管理模型

Hello Algo 仓库中的 C 实现遵循一致的内存管理模式

来源： codes/c/chapter_array_and_linkedlist/my_list.c, codes/c/chapter_stack_and_queue/array_stack.c, codes/c/chapter_tree/binary_search_tree.c

C 实现的关键特征

构造函数/析构函数模式：每个数据结构都有创建和销毁实例的函数
显式内存管理：所有内存分配/释放都显式处理
基于指针的访问：结构体通过指针访问
基于结构体的封装：相关数据和方法通过结构体分组

示例：结构体定义模式

C 中定义数据结构的典型模式

/* Structure Definition */
typedef struct {
    // Internal data
    // Typically includes size, capacity, and data pointers
} StructureName;

/* Constructor */
StructureName* newStructureName(...) {
    // Allocate memory and initialize
}

/* Destructor */
void delStructureName(StructureName* obj) {
    // Free memory resources
}

/* Operations */
// Various functions that operate on the structure

来源： codes/c/chapter_array_and_linkedlist/my_list.c:9-15, codes/c/chapter_stack_and_queue/array_stack.c:11-15

C++ 实现方法

C++ 实现利用了该语言的面向对象特性和标准模板库 (STL)

STL 用法：实现使用 STL 容器（vector, unordered_map 等）
RAII 模式：资源获取即初始化，用于自动内存管理
函数模板：使用泛型以获得类型灵活性
引用参数：函数常使用引用参数而非指针

示例：冒泡排序比较

让我们比较一下 C 和 C++ 中的冒泡排序实现

C语言实现	C++ 实现
使用原生数组	使用 `std::vector`
手动交换元素	使用 `std::swap`
纯过程式方法	利用 C++ 语言特性
显式管理数组大小	Vector 管理大小

来源： codes/c/chapter_sorting/bubble_sort.c, codes/cpp/chapter_sorting/bubble_sort.cpp

C 中的关键数据结构

动态数组实现

C 中动态数组（MyList）的实现展示了基于数组的数据结构的常见模式

关键操作

自动调整大小：当数组容量达到上限时，extendCapacity() 会分配更大的数组
元素管理：用于添加、删除和访问元素的函数
内存管理：用于分配/释放的构造函数/析构函数模式

来源： codes/c/chapter_array_and_linkedlist/my_list.c

链表实现

链表实现演示了基于指针的数据结构

与基于数组的结构不同，链表操作侧重于通过指针进行节点操作。

来源： codes/c/chapter_array_and_linkedlist/linked_list.c

栈实现

该仓库提供了两种 C 语言的栈实现，展示了不同的底层结构

不同实现之间的接口是一致的，而内部表示则不同

ArrayStack 使用具有最大尺寸的预分配数组
LinkedListStack 通过链接节点指针构建栈

来源： codes/c/chapter_stack_and_queue/array_stack.c, codes/c/chapter_stack_and_queue/linkedlist_stack.c

队列和双端队列实现

与栈类似，队列和双端队列也有基于数组和基于链表的实现

每个实现都保持相同的接口，同时利用不同的数据结构。

来源： codes/c/chapter_stack_and_queue/array_queue.c, codes/c/chapter_stack_and_queue/linkedlist_queue.c, codes/c/chapter_stack_and_queue/array_deque.c, codes/c/chapter_stack_and_queue/linkedlist_deque.c

树实现

二叉树及其变种使用递归树结构实现

AVL 树通过平衡操作扩展了二叉搜索树，以保持 O(log n) 的高度。

来源： codes/c/chapter_tree/binary_search_tree.c, codes/c/chapter_tree/avl_tree.c

哈希表实现

哈希表使用不同的冲突解决策略实现

开放寻址实现使用线性探测和墓碑标记来处理已删除的元素。

来源： codes/c/chapter_hashing/hash_map_open_addressing.c

算法实现

排序算法

该仓库包含多种排序算法，并采用了统一的模式实现

每个排序实现

接受数组及其大小作为输入
原地排序
包含适用的优化

来源： codes/c/chapter_sorting/bubble_sort.c, codes/c/chapter_sorting/insertion_sort.c

搜索算法

二分查找及其变种展示了高效的搜索技术

这些实现展示了不同的二分查找应用，代码差异很小。

来源： codes/c/chapter_searching/binary_search_insertion.c, codes/c/chapter_searching/binary_search_edge.c

内存管理模式

资源获取与释放

C 实现遵循以下内存管理模式

构造函数-析构函数模式:
- 构造函数分配内存并初始化数据
- 析构函数释放所有分配的内存
内存扩展策略:
- 动态结构在扩展容量时使用增长因子（通常为 2 倍）
- 临时内存会在操作期间分配，并在返回前释放
错误处理:
- 使用断言检查前置条件（assert()）
- 一些实现返回错误代码或错误指示符

来源： codes/c/chapter_array_and_linkedlist/my_list.c:19-33, codes/c/chapter_stack_and_queue/linkedlist_stack.c:15-31

内存安全注意事项

C 实现处理了多种内存安全问题

空指针检查：在解引用前验证指针
边界检查：验证索引是否在有效范围内
完整清理：确保所有分配的内存都已释放
临时存储：正确管理临时分配

C 与 C++ 实现比较

仓库中 C 和 C++ 实现的主要区别

方面	C语言实现	C++ 实现
内存管理	手动 (malloc/free)	RAII, 智能指针, STL 容器
数据结构	自定义结构体定义	STL 容器 (vector, map 等)
代码组织	基于函数	基于类，带有成员函数
算法实现	过程式，带显式指针	泛型，带模板和 STL 算法
错误处理	返回码，断言	异常（可能）
资源安全	需要手动清理	通过析构函数自动处理