數組介紹
什麽是數組？
數組是一種線性表數據結構，它用一組連續的的內存空間，來存儲一組具有相同類型的數據。
數組如何實現隨機訪問？
基於數組的兩大特性：線性表結構和連續的內存空間和相同類型的數據，使得數組可以通過下標直接訪問數組元素，從而具有“隨機訪問”的特性。
具體實現方法：
當計算機需要隨機訪問數組中的某個元素時，通過尋址公式計算出該元素存儲的內存地址，尋址公式如下所示：
a[i]_address = base_address + i * data_type_size
其中 i 為數組元素的下標（從0開始），data_type_size 表示數組中每個元素的大小，假如數組中存儲的是 int 類型數據，那麽 data_type_size 就為4個字節。
數組查找的時間復雜度
根據下標隨機訪問的時間復雜度為 O(1)。
註意：前提條件是根據下標進行的隨機訪問，如果是在下標不確定的情況下查找某個元素，那麽即便是已經排好序的數組，你用二分查找，時間復雜度也是 O(logn)。
低效的“插入”和“刪除”
數組為了保持內存數據的連續性，會導致插入、刪除操作比較低效，具體是為什麽呢？
插入操作
每當在數組中插入一個新元素的時候，為了給這個新插入的元素挪出一個位置，我們可能需要移動大量的元素。
假設數組的長度為 n，如果在數組的末尾插入元素，那就不需要移動數組了，所以最好時間復雜度為 O(1)。但如果在數組的開頭插入元素，那所有的元素都要一次往右移動一位，所以最壞時間復雜度為 O(n)。
因為我們在每個位置插入元素的概率是一樣的，所以平均時間復雜度為 (1+2+3+……+n) / n = O(n)。
刪除操作
和插入數據類似，如果我們要刪除某個位置的數據，為了內存的連續性，也需要搬移數據。
類比插入數據，如果刪除數組末尾的數據，那麽就不需要移動數組了，所以最好時間復雜度為 O(1)；如果刪除開頭的元素，則整個數組都要移動，所以最壞時間復雜度為 O(n)；同理可知，平均時間復雜度為 O(n)。
警惕數組的訪問越界問題
數組越界在 C 語言中是一種未決行為，並沒有規定數組訪問越界時編譯器應該如何處理。因此，在 C 語言中出現數組訪問越界的情況時，會出現莫名其妙的邏輯錯誤，例如，訪問了非法地址、陷入死循環等等。
不同於 C 語言，Java 本身就會做數組越界檢查，比如下面幾行代碼，就會拋出 java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException。
1 int[] a = new int[3]; 2 a[3] = 10;
容器能否完全替代數組？
針對數組類型，很多語言都提供了容器類。比如 Java 中的 ArrayList、C++ STL 中的 vector。
與數組相比，容器有哪些優勢呢？
以 Java 的 ArrayList 為例，ArrayList 最大的優勢就是可以將很多數組操作的細節封裝起來，比如前面所說的數組插入、刪除數據時需要移動其他數據等；另外，它還支持動態擴容。
我們在定義數組的時候通常需要預先指定大小，以便計算機分配連續的內存空間，當預先指定的空間不夠用時，則需要重新分配一塊更大的空間並將原來的數據復制過去，然後再繼續插入新的數據。如果使用 ArrayList，每次內存空間不夠用的時候，它都會講空間自動擴容為 1.5 倍大小，這樣我們就完全不需要關心底層的擴容邏輯了。
數組有哪些優勢？
1. 以 Java 的 ArrayList 為例，ArrayList 無法存儲基本數據類型，比如 int、long，需要封裝為 Integer、Long 類。這種時候，選用數組可減少一定的性能消耗。
2. 如果數據大小事先已知，並且對數據的操作非常簡單，用不到 ArrayList 提供的大部分方法，也可以直接使用數組。
總結一下
對於業務開發，直接使用容器就足夠了，只需要犧牲一點點的性能，就能省下大量時間。但如果是做一些非常底層的開發，比如開發網絡框架，性能的優化需要做到極致，這個時候就應該使用數組。
為什麽數組要從 0 開始編號？
前面我們講過尋址公式：
a[i]_address = base_address + i * data_type_size
所謂下標，其實是一個“偏移量”，如果數組從 1 開始計數，那我們計算數組元素 a[k] 的內存地址就會變為：
a[i]_address = base_address + (i-1) * data_type_size
對比兩個公式，我們不難發現，從 1 開始編號，每次隨機訪問數組元素都多了一次減法運算，對於 CPU 來說，就是多了一次減法指令，在一定程度上降低了一點效率。
還有一個歷史原因：C 語言設計者用 0 開始計數數組下標，之後的許多高級語言都沿用了這一習慣。
內容小結
- 數組是最基礎、最簡單的數據結構。
- 數組用一塊連續的內存空間來存儲相同類型的一組數據。
- 數組最大的特點是支持隨機訪問，但其插入、刪除操作較為低效。
- 在平時的業務開發中，我們可以使用編程語言提供的容器類來代替數組；但是對於底層的開發，直接使用該數組更有利用提升性能和效率。
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