Статические и динамические структуры данных.

Статические структуры относятся к разряду не примитивных структур, которые, фактически, представляют собой структурированное множество примитивных, базовых, структур. Например, вектор может быть представлен упорядоченным множеством чисел. Поскольку по определению статические структуры отличаются отсутствием изменчивости, память для них выделяется один раз и ее объем остается неизменным до уничтожения структуры. Слово «статический» относится скорее к реализации структуры, нежели к АТД. Простейшая статическая структура данных - массив, где обращение к элементу происходит через его номер.

Слово «массив» употребляется в различных контекстах:

как АТД, т.е. множество с операциями:

· Получить элемент с номером N

· Записать элемент с номером N

и как физическая структура, реализованная в виде непрерывной области памяти.

В случае реализации массива через такую структуру номер соответствует смещению от начала области.

Плюсов у массива всего два:

· доступ за константное время к любому элементу

• память тратится только на данные, хотя фактически существуют константные затраты памяти операционной системой, возникающие при реализации структуры. В частности, в большинстве ОС, при динамическом выделении памяти под массив, в начале соответствующей области памяти ставится специальная метка.

Минус - один: статичность, неизменность структуры. Одномерный массив иногда называют вектором.

Динамические структурыпо определению характеризуются отсутствием физической смежности элементов структуры в памяти, непостоянством и непредсказуемостью размера (числа элементов) структуры в процессе ее обработки.

Поскольку элементы динамической структуры располагаются по непредсказуемым адресам памяти, адрес элемента такой структуры не может быть вычислен из адреса начального или предыдущего элемента. Для установления связи между элементами динамической структуры используются указатели, через которые устанавливаются явные связи между элементами. Такое представление данных в памяти называется связным. Элемент динамической структуры состоит из двух полей:

информационного поля или поля данных, в котором содержатся те данные, ради которых и создается структура; в общем случае информационное поле само является интегрированной структурой - вектором, массивом, другой динамической структурой и т.п.;

поле связок, в котором содержатся один или несколько указателей, связывающий данный элемент с другими элементами структуры.

Когда связное представление данных используется для решения прикладной задачи, для конечного пользователя «видимым» делается только содержимое информационного поля, а поле связок используется только программистом-разработчиком.

Достоинства связного представления данных - в возможности обеспечения значительной изменчивости структур:

• размер структуры ограничивается только доступным объемом машинной памяти;
• при изменении логической последовательности элементов структуры требуется не перемещение данных в памяти, а только коррекция указателей;
• большая гибкость структуры.

Вместе с тем связное представление не лишено и недостатков, основные из которых:

• на поля связок расходуется дополнительная память;
• доступ к элементам связной структуры может быть менее эффективным по времени.

Последний недостаток является наиболее серьезным и именно им ограничивается применимость связного представления данных. Если в смежном представлении данных для вычисления адреса любого элемента нам во всех случаях достаточно было номера элемента и информации, содержащейся в дескрипторе структуры, то для связного представления адрес элемента не может быть вычислен из исходных данных. Дескриптор связной структуры содержит один или несколько указателей, позволяющих войти в структуру, далее поиск требуемого элемента выполняется следованием по цепочке указателей от элемента к элементу. Поэтому связное представление практически никогда не применяется в задачах, где логическая структура данных имеет вид вектора или массива - с доступом по номеру элемента, но часто применяется в задачах, где логическая структура требует другой исходной информации доступа (таблицы, списки, деревья и т.д.).