計算機是壹門研究用計算機進行信息表示和處理的科學。這裏面涉及到兩個問題：信息表示、信息處理，信息表示直接關系到信息處理的算法與效率。信息（數據）之間往往是有重要的結構關系，數據結構就是對數據表示以及其上操作或功能的封裝，分邏輯結構和存儲結構兩個層面。
邏輯結構定義了數據之間的邏輯結構關系。數據元素相互之間的關系稱為結構，有四類基本結構：集合、線性結構、樹形結構、圖狀結構（網狀結構）。樹形結構和圖形結構全稱為非線性結構。集合結構中的數據元素除了同屬於壹種類型外，別無其它關系。線性結構中元素之間存在壹對壹關系，樹形結構中元素之間存在壹對多關系，圖形結構中元素之間存在多對多關系。在圖形結構中每個結點的前驅結點數和後續結點數可以任意多個。
存儲結構定義了數據實際在計算機中存儲結構關系，是某種邏輯結構在計算機上的具體實現，分順序存儲結構和鏈式存儲結構。順序存儲方法：它是把邏輯上相鄰的結點存儲在物理位置相鄰的存儲單元裏，結點間的邏輯關系由存儲單元的鄰接關系來體現，由此得到的存儲表示稱為順序存儲結構。順序存儲結構是壹種最基本的存儲表示方法，通常借助於程序設計語言中的數組來實現。鏈接存儲方法：它不要求邏輯上相鄰的結點在物理位置上亦相鄰，結點間的邏輯關系是由附加的指針字段表示的。由此得到的存儲表示稱為鏈式存儲結構，鏈式存儲結構通常借助於程序設計語言中的指針類型來實現。索引存儲方法：除建立存儲結點信息外，還建立附加的索引表來標識結點的地址。散列存儲方法：就是根據結點的關鍵字直接計算出該結點的存儲地址。
在GIS開發實現中，空間索引、空間數據存儲、地圖管理、地圖符號化及渲染、空間分析等都會用到很多的數據結構，下面作壹些簡要介紹，僅供參考，讀者可以有不同的實現，效率也會有壹些差異。
數組或鏈表，在GIS中應用最為廣泛，幾乎到處可見其身影。比如，線或多邊形就是Point類型的數組，讀shapefile文件時，文件已經記錄下該要素包含的點數，數組的長度就被確定了，如果添加節點，最好采用封裝好的動態數組或鏈表來存儲；網格索引，用二維數組表示，每個數組元素記錄下該網格範圍所對應的數據存儲地址，方便空間數據的檢索；圖層管理，壹張地圖是由若幹個圖層疊加而成，用數組或鏈表來存儲這些圖層信息，圖層順序調的整轉化為數組或鏈表的刪除和插入。
堆棧和隊列，也屬於線性結構，只是比數組和鏈表多了壹些限制，堆棧是先進後出，隊列是先進先出。比如，線性四叉樹索引，用中序遍歷的方法降四叉樹線性化，其中樹的中序遍歷，非遞歸算法就需要用到堆棧；GPS軌跡跟蹤，隨著GPS點的增加，軌跡會越來越長，在實時跟蹤過程中，可能只需要保留當前最近壹段時間的點，更早之前的點被保存到數據庫中，不再繪制，所以，采用循環隊列來存儲GPS當前壹些點，利用了GPS時間順序先進先出的特點，同時能循環利用隊列；客戶端圖片瓦片緩存池，也可以采用循環隊列，當前可視範圍內獲取到的新瓦片插入到隊列中，當隊列滿的時候，淘汰最早存放在隊列中的瓦片，同時保持隊列緩存池的容量。
優先隊列，是不同於先進先出隊列的另壹種隊列，每次從隊列中取出的是具有最高優先權的元素，二叉堆就是優先隊列，分最大堆和最小堆，它能快速地從壹個集合中找出最大（小）的元素。最優路徑，算法中經常執行壹步就是從後繼節點中找出最優的節點，采用的就是最小堆，它能迅速地找出到當前節點權值最小的節點。
樹，是壹種遞歸定義的數據結構，壹對多的關系，樹是沒有回路的連通圖。四叉樹索引，就是典型的樹結構，按MBR（Minimum Bounding Rectangle 最小外包矩形）相交條件從樹根壹步步往下查找，篩選出要素子集；OGC中XML解析，XML（GML）結構本身也是樹狀結構；等高線，嵌套關系的表達，是樹結構；屬性數據詞典庫，采用Trie數據結構，多叉樹的形式，建立屬性詞典庫，通過字符串的匹配實現屬性查詢。
圖，是壹種數據元素間為多對多關系的數據結構，通常采用鄰接矩陣或鄰接表的方式來存儲。道路網或管網的拓撲構建，道路網或管網屬於網狀結構，用圖來描述節點與弧段之間的拓撲關系，便於最優路徑、最大流最小割通路、爆管、旅行商等網絡分析。
哈希，設計Hash函數代入key算出地址，存儲value值，哈希查找效率高，但可能存在沖突，對內存空間占用相對較大壹點。道路網或管網構建，以節點的node_id為key，以後繼節點的集合為value；GML引擎，以圖層編號為key，屬於該圖層的要素集合為value；線標註，線被裁減後，通過統壹的key來拼接，以不同裁減路段集合為value。
以上簡要介紹了GIS常用數據結構，但應用遠遠不止這些。數據結構＋算法＝程序，在數據表示和處理上，具體采用哪種邏輯結構，需要分析數據元素之間的邏輯關系，而確定了邏輯結構，還要考慮采用什麽存儲結構來實現，也是需要根據實際情況來分析的，數據結構直接關系到算法的具體實現及效率，在GIS開發實現中應用非常廣泛。
所以GIS對於數據結構有特定的要求，這個具體應用要根據GIS的需要來說。