数据结构与算法之数组

Posted 2020-06-15 乞力马扎罗的雪CYF

    数组的基本概念：数组是最简单最常用的数据结构，但是也有一些注意事项：

（1）数组的分配方式以及存储位置；

（2）初始化；

（3）不同语言中的数组高级定义；

（4）多维数组；

C/C++中数组分配方式：

（1）int a[10];

适用于数组长度已知或者对数组长度不敏感的情况，比如定义一个字符串。

（2）int *a = (int *)malloc(sizeof(int)*n);

用在C中，适用于动态申请数组的长度。记得最后要free，防止内存泄露。

（3）int[] a = new int[n];

用在C++中。最后要delete。

进程的虚拟地址空间：

。

进程在运行的过程中会将地址划分为许多段，重要的有两个：运行时堆和用户栈。动态申请的数组（malloc和new）会在运行时堆中，常量数组（int a[10]）会放在用户栈里面。放在运行时堆中的数组是永久性的，不主动释放就会永久存在，所以才会导致内存泄露。而在用户栈空间是临时，会随着函数的调用和返回进行回收。所以我们不能返回局部变量的地址，尤其是返回一个常量数组的首地址，因为这个地址会在用完之后被回收。所以说一个函数如果在函数内部被修改，想要在函数外部继续用的话，就要使用动态分配的数组。

C/C++中数组的初始化

编程中很多bug都是由直接引用未初始化的变量导致的，一般数组的初始话如下：

（1）全局数组自动初始化；

（2）malloc方式不初始化，可以用memset(可初始化为0或者-1),fill进行初始化；

（3）new方式需要根据编译器判断；

     基础的数组直接操作内存，效率高，但是缺乏丰富的api，所以高级语言往往会有相应的高级实现。C/C++中使用STL中的vector.

     多维数组是一维数组的扩展，二维数组可以用来描述矩阵或者图，如下：

    int a1[10][10];//要求数组的两维都确定；
    int **a2;//两维都不确定；
    int* a3[10];//每一维单独分配，长度可以不一致；
    vector<int> a4[10];//只能在C++中使用；
    vector<vector<int>> a5;//只能在C++中使用；

多维数组在访问过程中要注意cache缺失问题，数组可以有按行操作方式和按列操作方式。按行操作方式要好过按列操作方式。因为二维数组加载到cache的过程是按行来的，所以当在访问某一行的时候，这一行的元素都已经在cache中了。但是按列方式访问就不同，通常只有一个元素在cache中，其他元素都会缺失的，所以按列访问会造成严重的cache缺失问题，会严重影响性能。

数组在排序中的作用

    对于常用的七大排序，在我前面几篇博客中都有讲到，包括代码实现。其中数组在排序中有非常大的作用，下面做一个简单的排序概述：

复杂度为O(n^2):

（1）插入排序-复杂度为O(n^2)中最快的；

（2）选择排序、冒泡排序比较慢，一般会出现在面试题中。

复杂度为O(N*logN):

（1）快速排序：基于比较的排序中速度最快的；

（2）归并排序：实际中较少使用，经常在面试中；

（3）堆排序：实际中较少使用，但是堆很常用；

复杂度为O(n),只能对正整数进行排序：

（1）基数排序-复杂度O(n+r),r为基数；

（2）计数排序-复杂度O(n+k),k为元素范围；

但是在实际开发中，C/C++中自带了排序函数：

（1）在C语言中有qsort函数，需要自定义cmp比较函数，函数形式如下：

int cmp(const void *a,const void *b);

（2）C++中，STL中自带排序函数sort，调用方法如下：

sort(a.begin(),a.end(),[greater<int>() | less<int>()]);