احتمالاً برای شما هم پیش آمده که در مسیر یادگیری برنامهنویسی، بارها با عبارت «ساختمان داده» یا Data Structure برخورد کرده باشید و از خودتان بپرسید: «اصلاً ساختمان داده چیست و چرا اینقدر مهم است؟»
اگر بخواهیم خیلی ساده بگوییم، ساختمان داده پایهایترین بلوک یک برنامه است. وظیفهی اصلی آن، کنترل نحوه ذخیرهسازی، سازماندهی، بازیابی و پردازش دادههاست. در واقع، همانطور که یک ساختمان بدون فونداسیون اصولی فرو میریزد، یک برنامه هم بدون ساختمان دادهی مناسب، کند، پیچیده و غیرقابل توسعه میشود.
هر زبان برنامهنویسی، یکسری دادههای اولیه (Primitive Data Types) مثل اعداد صحیح، اعشاری و کاراکترها دارد. از کنار هم قرار گرفتن همین دادههای ساده، یک ساختمان داده شکل میگیرد که به ما اجازه میدهد پردازشهای پیچیدهتری روی اطلاعات انجام دهیم.
معروفترین و آشناترین ساختمان دادهای که احتمالاً تا الان با آن کار کردهاید، آرایه (Array) است. استفاده از ساختمانهای داده به ما کمک میکند تا سطح انتزاع (Abstraction Level) برنامهی خود را بالا ببریم؛ یعنی درگیر پیچیدگیهای بیمورد نشویم و روی منطق اصلی تمرکز کنیم.
فقط تصور کنید اگر چیزی به اسم «آرایه» در برنامهنویسی وجود نداشت، کارهای سادهای مثل جستوجو یا مرتبسازی دادهها چقدر غیرممکن و عذابآور میشد!
انتخاب ساختمان دادهی درست، یکی از حیاتیترین بخشهای حل مسئله است. یک برنامهنویس حرفهای برای حل هر چالش، این ۵ مرحله را طی میکند:
۱. شناخت مسئله: اول از همه باید صورت مسئله را دقیق کالبدشکافی کنید و یک مدل شفاف از آن در ذهن خود (یا روی کاغذ) بسازید.
۲. طراحی الگوریتم: حالا باید برای مدلی که ساختید، یک راهحل قدمبهقدم یا همان الگوریتم طراحی کنید.
۳. تحلیل الگوریتم: در این مرحله، راهحل خود را زیر ذرهبین میبرید. آیا این بهترین و سریعترین راه است؟ در صورت نیاز، الگوریتم را اصلاح و بهینهسازی میکنید.
۴. انتخاب ساختمان دادهها: (اینجا دقیقاً همانجایی است که معجزه رخ میدهد!) پس از طراحی الگوریتم، باید بهترین ظرف و ساختار را برای نگهداری دادههای آن انتخاب کنید. گاهی انتخاب یک ساختمان دادهی جدید، باعث میشود الگوریتم شما از این رو به آن رو شود!
۵. پیادهسازی (کدنویسی): در نهایت، وقتی الگوریتم و ساختمان داده مشخص شد، دست به کیبورد میشوید و مسئله را با کدها حل میکنید.
ساختار دادهها را میتوان بر اساس نوع عملکردشان به دستههای مختلفی تقسیم کرد. اما یکی از رایجترین دستهبندیها به شکل زیر است:
ساختماندادههای اصلی: همان انواع پایهای (مثل int, float, char) هستند که در تمام زبانهای برنامهنویسی بهصورت پیشفرض و با کلمات کلیدی در دسترساند.
ساختماندادههای غیراصلی: ساختارهای پیچیدهتری هستند که بعضیاشون از طریق کتابخانهها (Libraries) در دسترس قرار میگیرند یا خودتون باید زحمت پیادهسازی آنها را بکشید (مثل لیستهای پیوندی، درختها و…).
ساختارهای غیراصلی خودشان به دو دستهی بسیار مهم تقسیم میشوند:
خطی: به زبان ساده، اگر عناصر یک داده پشتسرهم و در مجاورت یکدیگر قرار بگیرند، با یک ساختار خطی طرف هستیم. در این حالت، دادهها مفهوم «ترتیب» دارند (یکی پس از دیگری). مثل صفها یا آرایهها.
غیرخطی: در این ساختارها، دیگر خبری از صف بستن و توالی پشتسرهم نیست! دادهها بهصورت شبکهای یا سلسلهمراتبی به هم متصل میشوند و مفهوم «یکی پس از دیگری» برایشان بیمعنی است. مثل گرافها یا درختها.
شناخت ساختماندادهها مثل داشتن یک جعبهابزار کامل است. هرچه ابزارهای بیشتری بشناسید، راحتتر میتوانید پیچیدهترین برنامهها را با بالاترین سرعت و بهترین کیفیت بسازید.
