数据结构与算法-数组
什么是数组
在每一种编程语言中,基本都会有数组这种数据类型。不过,它不仅仅是一种编程语言中的数据类型,还是一种最基础的数据结构
是一种线性表数据结构。它用一组连续的内存空间,来存储一组具有相同类型的数据
数组的特点
低效的插入和删除
数组为了保持内存数据的连续性,会导致插入、删除这两个操作比较低效。
1.因为数组是连续的内存空间,针对删除需要将删除后的元素都往前移动,如果删除元素在末尾,也不需要向前移动,时间复杂度O(1)
2.针对插入需要将插入元素的元素均向后移动一位,如果插入到末尾则不需要向后移动,时间复杂度是O(1)
改进方法
1.针对插入,插入位置元素默认移动到最后这种情况就是O(1)
2.针对删除,在某些特殊场景下,我们并不一定非得追求数组中数据的连续性。如果我们将多次删除操作集中在一起执行,删除的效率是不是会提高很多呢?
增加标记元素已删除
容器和数组
容器
比如 Java 中的 ArrayList、C++ STL 中的 vector。在项目开发中,什么时候适合用数组,什么时候适合用容器呢?
比如ArrayList 最大的优势就是可以将很多数组操作的细节封装起来。比如前面提到的数组插入、删除数据时需要搬移其他数据等。
另外,它还有一个优势,就是支持动态扩容。数组本身在定义的时候需要预先指定大小,因为需要分配连续的内存空间。
如果我们申请了大小为 10 的数组,当第 11 个数据需要存储到数组中时,我们就需要重新分配一块更大的空间,将原来的数据复制过去,然后再将新的数据插入。
如果使用 ArrayList,我们就完全不需要关心底层的扩容逻辑,ArrayList 已经帮我们实现好了。每次存储空间不够的时候,它都会将空间自动扩容为 1.5 倍大小。
不过,这里需要注意一点,因为扩容操作涉及内存申请和数据搬移,是比较耗时的。所以,如果事先能确定需要存储的数据大小,最好在创建 ArrayList 的时候事先指定数据大小。
数组
1.Java ArrayList 无法存储基本类型,比如 int、long,需要封装为 Integer、Long 类,而 Autoboxing、Unboxing 则有一定的性能消耗,所以如果特别关注性能,或者希望使用基本类型,就可以选用数组。
2. 如果数据大小事先已知,并且对数据的操作非常简单,用不到 ArrayList 提供的大部分方法,也可以直接使用数组。
3. 当要表示多维数组时,用数组往往会更加直观。比如 Object[][] array;
总结
对于业务开发,直接使用容器就足够了,省时省力。毕竟损耗一丢丢性能,完全不会影响到系统整体的性能。但如果你是做一些非常底层的开发,比如开发网络框架,性能的优化需要做到极致,这个时候数组就会优于容器,成为首选
数组下标为什么是从0开始
首先数组是的特点是一串连续地址,存储相同数据类的数据
我们只需要记录第一个元素的位置。后续通过下标访问其他元素则可以通过计算出。
a[i]_address = base_address + i * data_type_size
当然我们也可以通过1开始,那么公式则变成了
a[k]_address = base_address + (k-1)*type_size
对比两个公式,我们不难发现,从 1 开始编号,每次随机访问数组元素都多了一次减法运算,对于 CPU 来说,就是多了一次减法指令。