DateiStrukturen

Dateistrukturen, oft als Datenstrukturen bezeichnet, sind Konzepte und konkrete Implementierungen zur Organisation, Speicherung und zum effizienten Zugriff auf Daten in Programmen. Sie definieren, wie Elemente gespeichert werden, welche Operationen unterstützt werden und wie deren Leistung zu bewerten ist. In der Informatik unterscheiden sich Dateistrukturen von Algorithmen vor allem durch ihre Struktur und ihren Zweck; sie bilden die Grundlage für Rechenprozesse, Such- und Sortieraufgaben. Praktische Strukturen werden oft als abstrakte Datentypen modelliert und dann implementiert.

Zu den zentralen Dateistrukturen gehören Arrays, die eine feste Größe und direkten, konstanten Zugriff über Indizes ermöglichen; verlinkte Listen mit Knoten, die Elemente in sequenzieller Reihenfolge speichern, oft mit dynamischer Größe; Stapel (Stacks) und Warteschlangen (Queues) als Spezialformen für sequentiellen Zugriff; Bäume, insbesondere binäre Suchbäume, die Elemente hierarchisch organisieren; Graphen zur Abbildung von Beziehungen; Hash-Tabellen, die Schlüsselwerte indexieren und meist O(1) Zugriff bieten. Dynamische Strukturen wie Vektoren speichern Elemente in einem zusammenhängenden Speicherbereich und können bei Bedarf wachsen.

Die Leistungskennzahlen umfassen Zeitkomplexität der Grundoperationen (Einfügen, Suchen, Löschen, Zugriff) und Speicherbedarf. Viele Strukturen ermöglichen neben direktem Zugriff auch Traversierung und Sortierung. Die Wahl einer Datenstruktur hängt von Anforderungen ab: Zugriffsgeschwindigkeit, Speichereffizienz, Reihenfolge, Duplikate, dynamische Größe, Nebenläufigkeit.

In der Praxis ist das Verständnis von Dateistrukturen wichtig für Softwareentwicklung, Datenbanken, Compiler und algorithmische Anwendungen. Viele Programmiersprachen bieten Bibliotheken mit Implementationen wie Arrays, Listen, Maps, Sets, Bäume und Graphen, oft mit generischen Varianten. Die Designentscheidungen berücksichtigen Komplexität, Speicherlayout, Cache-Verhalten und Wartbarkeit.