5、数组：为什么很多编程语言中数组都从0开始编号？

如何实现随机访问？

• 数组是一种线性表数据结构。它用一组连续的内存空间，来存储一组具有相同类型的数据。

线性表

• 线性表就是数据排成像一条线一样的结构。每个线性表上的数据最多只有前和后两个方向。
  

非线性表

• 在非线性表中，数据之间并不是简单的前后关系。
  

连续的内存空间和相同类型的数据。

• int[] a = new int[10]，计算机分配了一块连续内存空间1000~1039。
  
• 计算机通过地址来访问内存中的数据，随机访问数组中的某个元素时，会使用以下的寻址公式：

a[i]_address = base_address + i * data_type_size

• 数组支持随机访问，根据下标随机访问的时间复杂度为O(1)。

低效的“插入”和“删除”

• 如果数组中的数据是有序的，我们在某个位置插入一个新的元素时，就必须按照刚才的方法搬移k之后的数据。

• 如果数组中存储的数据并没有任何规律，数组只是被当作一个存储数据的集合。在这种情况下，如果要将某个元素插入到第k个位置，为了避免大规模的数据搬移，直接将第k位的数据搬移到数组元素的最后，把新的元素直接放入第k个位置。
  

• 和插入类似，如果删除数组末尾的数据，则最后情况时间复杂度为O(1)；如果删除开头的数据，则最坏情况时间复杂度为O(n)；平均情况实际复杂度也为O(n)。

• 数组a[10]中存储了8个元素：a，b，c，d，e，f，g，h。现在，我们要依次删除a，b，c三个元素。
  

• 为了避免d,e,f,g,h这几个数据会被搬移三次，我们可以先记录下已经删除的数据，每次的删除操作并不是真正的搬移数据，只是记录数据已经被删除。

• 当数组没有更多空间存储数据时，我们再触发执行一次真正的删除操作，这样就大大减少了删除操作导致的数据搬移。

这就是JVM标记清楚垃圾回收算法的核心思想。

警惕数组的访问越界问题

• 数组越界在C语言中是一种未决行为，并没有规定数组访问越界时编译器应该如何处理。

容器是否完全替代数组？

• ArrayList最大的优势就是可以将很多数组操作的细节封装起来，而且支持动态扩容。
• 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。

经验

• 1、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，所有如果特别关注性能，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，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；而用容器的话则需要这样定义：ArrayList array。
• 4、对于业务开发，直接使用容器就足够了，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。

为什么大多数编程语言中，数组要从0开始编号，而不是从1开始呢？

• 从数组存储的内存模型上来看，“下标”最确切的定义应该是偏移（offset）。如果用a来表示数组的首地址，a[0]就是偏移为0的地址，也就是首地址。

a[k]_address = base_address + k * type_size

a[k]_address = base_address + (k-1)*type_size

• 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。