3.陣列

陣列（Array）是一種線性表資料結構。它是一組連續的記憶體空間，來儲存一組具有相同型別的資料。

3.1 特性

• 線性表

  資料排成像一條線的結構，如陣列、連結串列、佇列、棧等。

  與之相對立的是非線性，如二叉樹、堆、圖等，其資料之間並不是簡單的前後關係。

• 連續的記憶體空間和相同型別的資料

  • 可以實現隨機訪問

    陣列支援隨即訪問，通過定址公式，計算該元素儲存的記憶體地址

    a[i]_address = base_address + i * data_type_size

    根據下標隨即訪問的時間複雜度為 $O$

    ( 1 ) O(1)

  • 低效的插入和刪除

    為保證陣列的連續性，就要做大量的資料搬移工作。

    插入：
    若在第k個位置插入資料，則k-n位置的資料需往後移。

    • 最好情況時間複雜度： $O$
      ( 1 ) O(1) （末尾插入）
    • 最壞情況時間複雜度： $O$
      ( n ) O(n)
    • 和平均情況時間複雜度： $O(n)$

    改進：如果陣列中資料是無序的，也就是無規律的情況下，在插入元素時，可以直接將第k位的資料搬移到陣列元素的最後，把新的元素直接放入第k個位置。這樣時間複雜度就會降為 $O(1)$。

    刪除：
    和插入類似。

    • 最好情況時間複雜度： $O(1)$（刪除末尾資料）
    • 最壞情況時間複雜度： $O(n)$
    • 平均情況時間複雜度： $O(n)$

    改進：在某些特殊場景下，不追求陣列中資料的連續性時，可以將多次刪除操作集中在一起執行，減少資料搬移次數。先記錄下已經刪除的資料，但不進行資料遷移，僅僅是記錄，當陣列沒有更多空間儲存資料時，才觸發執行一次真正的刪除。這也是JVM標記清除垃圾回收演算法的核心思想。

3.2 陣列訪問越界問題

要警惕陣列的訪問越界問題，例如在C語言中的陣列越界是一種未決行文，迴圈越界訪問會導致死迴圈bug。

3.3 用陣列還是容器

陣列需要預先指定了空間大小，容器如ArrayList可以將很多陣列操作的細節封裝起來，支援動態擴容。

• 希望儲存基本型別資料，可以用陣列
• 事先已知資料大小，並且對資料操作簡單，用不到ArrayList提供的大部分方法，可以用陣列
• 表示多維陣列時，可以用陣列
• 業務開發，使用容器足夠；開發框架，追求效能，首先陣列

3.4 為什麼陣列要從0開始編號

從陣列儲存的記憶體模型，下標最確切的定義是偏移，如果a來表示陣列的首地址，a[0]就是偏移為0的位置，a[k]表示偏移k個type_size的位置，所以a[k]的記憶體地址計算如下：
a[i]_address = base_address + i * data_type_size
如果陣列是從 1 開始計數，那麼就會變成：
a[i]_address = base_address + （i-1）* data_type_size

對於CPU來說，多了一次減法的指令。
當然，還有一定的歷史原因。