你真的了解数组吗？

Posted 2020-11-24 nedulee

前言：

数组，应该是我们每个人学习编程时接触的第一个数据结构。它很简单，但是却很重要。

为什么这么说呢？

很多高级的数据结构，其实都是由数组组成的，或者说是用数组来实现的。

比如跳跃表、散列表是由数组+链表组成的。

堆、完全二叉树、图（邻接矩阵存储）都可以用数组来实现。

所以说学好数组，就等于为你学习高级的数据结构打下了坚实的基础。

什么是数组？

数组是一种线性表数据结构、它用一组连续的内存空间，来存储一组数据类型相同的数据。

这里我们来解释一下什么是线性、连续内存空间存储相同数据类型数据

线性指的是一维存储结构，比如：队列、数组、栈、链表。只有前后两个方向。

而非线性表指的是不仅仅具有前后两个方向的存储结构，比如：树、图、堆等。

因为数组占用的内存空间是连续的，所以它支持随机访问。我们只需要知道数据的存储位置，就可以以O(1)的时间复杂度访问到该元素。

这是如何做到的呢？

首先我们先来看一下在数组是如何存储在内存中的。数据加载到内存中，内存首先会为其分配一个内存空间。计算机通过访问内存空间，来获取元素，这个过程我们称之为寻址。

计算机想要访问数组中的下标值为i的数据，只需要通过下面的寻址公式即可。

a[i]_address = base_address + i * data_type_size（首地址+偏移量*数据大小）

如果数组是一个int型数组，那么data_type_size=4。我们可以通过下标值直接访问到元素，这种访问方式，我们称之为随机访问，它的时间复杂度是 O(1)。

没有最好的数据结构，只有最适合使用它的场景

虽然数组的访问效率很高，但是它的拆入和删除效率却很低，O(n)

这里以插入为例，如果我们想插入一个元素，则需要将插入位置后面的元素依次移动一个位置。

删除元素也是如此。

有没有什么办法可以提升插入与删除元素的效率呢？

针对于插入操作，如果不要求数组内元素有序，那么每次插入操作，我们都可以将插入位置的后一个元素移动到数组末尾，然后在原位置进行插入。

这样也可以达到O(1)的时间复杂度

 

 

 针对于删除操作，我们在删除数据的时候，可以先为被删除元素打上标记，等到数组中元素已满，再统一进行删除（JVM标记清除算法）。或者当有插入操作的时候，优先使用被标记元素的内存（mysql中delete操作）。

 

 

 

集合是否能代替数组呢？

答案是否定的，没有最好的数据结构，只有最适合使用的场景。

集合可以看作是一个动态数组（可扩容），底层其实也是一个数组。

下面这些场景中，我们还是更推荐使用数组：

1. 1. 表示多维数据的时候，在可读性上，数组优于集合。（int arr[][]; ArrayList<ArrayList<Integer>>）
   2. 在性能要求极高的场景中，我们使用数组可以避免自动拆箱、装箱的性能损耗。
   3. 再简单的场景中，使用数组会比使用集合具有更高的可读性。