掌握单片机C语言程序设计中的数据结构与算法，提升代码效率

# 1. 单片机C语言程序设计基础

单片机C语言程序设计是单片机系统开发的基础，它是一种面向过程、结构化的高级编程语言。本章将介绍单片机C语言程序设计的基本概念，包括：

- **数据类型和变量：**介绍单片机C语言中常用的数据类型，如整型、浮点型、字符型等，以及变量的定义和使用。
- **运算符和表达式：**介绍算术运算符、关系运算符、逻辑运算符等，以及表达式的组成和求值规则。
- **控制流语句：**介绍顺序结构、分支结构和循环结构，以及这些语句的语法和执行流程。

# 2. 数据结构在单片机C语言程序设计中的应用

数据结构是组织和存储数据的方式，它在单片机C语言程序设计中起着至关重要的作用。合理的数据结构选择可以有效提高程序的效率和可维护性。本章将介绍几种常用的数据结构，包括数组、链表、栈和队列，以及它们在单片机C语言程序设计中的应用。

### 2.1 数组和链表

#### 2.1.1 数组的定义和使用

数组是一种线性数据结构，它由一系列具有相同数据类型的元素组成。每个元素都有一个唯一的索引，可以通过索引访问。数组在单片机C语言程序设计中广泛用于存储数据，如传感器数据、配置参数等。

int array[10];  // 定义一个包含10个整数的数组
array[0] = 1;    // 访问数组的第一个元素

#### 2.1.2 链表的定义和操作

链表是一种非线性数据结构，它由一系列节点组成，每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。链表在单片机C语言程序设计中常用于存储动态分配的数据，如任务队列、消息缓冲区等。

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

struct node *head = NULL;  // 定义链表头指针

// 插入一个节点到链表头部
void insert_head(int data) {
    struct node *new_node = malloc(sizeof(struct node));
    new_node->data = data;
    new_node->next = head;
    head = new_node;
}

// 删除链表头部节点
void delete_head() {
    if (head != NULL) {
        struct node *temp = head;
        head = head->next;
        free(temp);
    }
}

### 2.2 栈和队列

#### 2.2.1 栈的定义和操作

栈是一种后进先出（LIFO）的数据结构，它类似于一个弹簧，新元素总是被压入栈顶。栈在单片机C语言程序设计中常用于实现函数调用、递归等操作。

#include <stdlib.h>

struct stack {
    int *data;
    int top;
    int size;
};

struct stack *create_stack(int size) {
    struct stack *stack = malloc(sizeof(struct stack));
    stack->data = malloc(size * sizeof(int));
    stack->top = -1;
    stack->size = size;
    return stack;
}

// 入栈操作
void push(struct stack *stack, int data) {
    if (stack->top < stack->size - 1) {
        stack->data[++stack->top] = data;
    }
}

// 出栈操作
int pop(struct stack *stack) {
    if (stack->top >= 0) {
        return stack->data[stack->top--];
    }
    return -1;  // 栈空返回-1
}

#### 2.2.2 队列的定义和操作

队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构，它类似于一个队列，新元素总是被添加到队尾。队列在单片机C语言程序设计中常用于实现消息传递、任务调度等操作。

#include <stdlib.h>

struct queue {
    int *data;
    int head;
    int tail;
    int size;
};

struct queue *create_queue(int size) {
    struct queue *queue = malloc(sizeof(struct queue));
    queue->data = malloc(size * sizeof(int));
    queue->head = 0;
    queue->tail = 0;
    queue->size = size;
    return queue;
}

// 入队操作
void enqueue(struct queue *queue, int data) {
    if ((queue->tail + 1) % queue->size != queue->head) {
        queue->data[queue->tail] = data;
        queue->tail = (queue->tail + 1) % queue->size;
    }
}

// 出队操作
int dequeue(struct queue *queue) {
    if (queue->head != queue->tail) {
        int data = queue->data[queue->head];
        queue->head = (queue->head + 1) % queue->size;
        return data;
    }
    return -1;  // 队列空返回-1
}

# 3. 算法在单片机C语言程序设计中的应用

### 3.1 排序算法

排序算法是将一组无序的数据元素按照某种规则重新排列成有序序列的算法。在单片机C语言程序设计中，排序算法广泛应用于数据处理、数据分析和数据管理等场景。

#### 3.1.1 冒泡排序

冒泡排序是一种简单易懂的排序算法。其基本原理是：逐一对相邻的两个元素进行比较，如果顺序不正确，则交换这两个元素，并重复此过程，直到所有元素都按顺序排列。

void bubble_sort(int *arr, int len) {
    for (int i = 0; i < len - 1; i++) {
        for (int j = 0; j < len - i - 1; j++) {
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                int temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
            }
        }
    }
}

**逻辑分析：**

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