AVR单片机C程序设计与高级数据结构：链表、队列和栈的深入理解

# 1. AVR单片机C程序设计基础**

AVR单片机C程序设计是嵌入式系统开发中重要的基础，它提供了对AVR单片机硬件和软件资源的低级控制。本章将介绍AVR单片机C程序设计的语法、数据类型、运算符、控制语句和函数等基本概念，为后续章节的高级数据结构和程序设计实践奠定基础。

**1.1 AVR单片机简介**

AVR单片机是一种8位RISC微控制器，具有低功耗、高性能和丰富的片上外设等特点。本章将介绍AVR单片机的架构、指令集和存储器模型，帮助读者理解AVR单片机的底层工作原理。

**1.2 C语言基础**

C语言是一种广泛应用于嵌入式系统开发的高级编程语言。本章将介绍C语言的基本语法、数据类型、运算符、控制语句和函数，为读者提供理解AVR单片机C程序设计的必要基础。

# 2. 高级数据结构理论

### 2.1 链表

#### 2.1.1 链表的概念和结构

链表是一种非连续的线性数据结构，其元素通过指针连接起来。每个链表元素称为一个节点，包含数据和指向下一个节点的指针。链表的第一个节点称为头节点，最后一个节点的指针指向空（NULL）。

**链表结构：**

struct Node {
    int data;
    struct Node *next;
};

#### 2.1.2 链表的插入、删除和查找

**插入：**

* 在指定位置插入：找到插入位置的前一个节点，将新节点插入到该节点之后。
* 在链表头部插入：将新节点指向头节点，并将头节点更新为新节点。

**删除：**

* 删除指定位置的节点：找到要删除节点的前一个节点，将该节点的指针指向要删除节点的下一个节点。
* 删除链表头部节点：将头节点更新为下一个节点。

**查找：**

* 顺序查找：从头节点开始，逐个节点比较，直到找到目标节点。
* 链表中使用哨兵节点（一个值为特殊标记的额外节点）可以简化查找过程。

### 2.2 队列

#### 2.2.1 队列的概念和结构

队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构，其元素通过指针连接起来。队列的第一个元素称为队头，最后一个元素称为队尾。

**队列结构：**

struct Queue {
    struct Node *front;
    struct Node *rear;
};

#### 2.2.2 队列的入队、出队和判断空满

**入队：**

* 将新元素添加到队列尾部。
* 更新队列尾部指针指向新元素。

**出队：**

* 从队列头部删除元素。
* 更新队列头部指针指向下一个元素。

**判断空满：**

* 队列为空：队列头部和尾部指针都指向空（NULL）。
* 队列已满：队列尾部指针指向最后一个元素，且该元素的下一个指针指向空（NULL）。

### 2.3 栈

#### 2.3.1 栈的概念和结构

栈是一种后进先出（LIFO）的数据结构，其元素通过指针连接起来。栈的顶部称为栈顶，底部称为栈底。

**栈结构：**

struct Stack {
    struct Node *top;
};

#### 2.3.2 栈的压栈、弹栈和判断空满

**压栈：**

* 将新元素添加到栈顶。
* 更新栈顶指针指向新元素。

**弹栈：**

* 从栈顶删除元素。
* 更新栈顶指针指向下一个元素。

**判断空满：**

* 栈为空：栈顶指针指向空（NULL）。
* 栈已满：栈顶指针指向最后一个元素，且该元素的下一个指针指向空（NULL）。

# 3.1 链表的实现

#### 3.1.1 链表的创建和初始化

链表的创建和初始化涉及到链表头结点的分配和初始化。链表头结点是一个特殊的节点，它不存储任何实际数据，而是指向链表中第一个实际节点。

struct node {
    int data;
    struct node *next;
};

struct node *head = NULL;

在上面的代码中，`head`是一个指向链表头结点的指针，最初被初始化为`NULL`，表示链表为空。

#### 3.1.2 链表的插入、删除和查找

**插入**

在链表中插入一个新节点涉及到以下步骤：

1. 分配一个新的节点。
2. 将新节点的数据成员初始化为要插入的数据。
3. 将新节点的`next`指针指向当前链表的最后一个节点。
4. 将链表头结点的`next`指针指向新节点。

void insert_node(int data) {
    struct node *new_node = (struct node *)malloc(sizeof(struct node));
    new_node->data = data;
    new_node->next = head;
    head = new_node;
}

**删除**

从链表中删除一个节点涉及到以下步骤：

1. 找到要删除的节点的前一个节点。
2. 将前一个节点的`next`指针指向要删除节点的下一个节点。
3. 释放要删除的节点的内存。

void delete_node(int data) {
    struct node *current_node = head;
    struct node *previous_node