图解数据结构：数组和单链表

前言

数据结构始终是计算机科学绕不开的话题，是计算机中存储、组织数据的方式。学习数据结构能让我们明白，如何更高效的存、取数据。编写程序的目的就是为了处理数据，处理数据本质上就是存、取、运算。
本篇从最简单的数据结构入手，讲解数组和链表。主要讲解他们的特点、存储结构、区别、各种场景下的效率等问题。

数组

在计算机科学中，数组数据结构（英语：array data structure），简称数组（英语：Array），是由相同类型的元素（element）的集合所组成的数据结构，分配一块连续的内存来存储。利用元素的索引（index）可以计算出该元素对应的存储地址。

数组可以说是最常见的数据结构之一了，主要特点是

• 能存储一系列相同类型的元素
• 所有元素用一块连续的内存来存储
• 利用元素的索引可以直接访问对应的数据
• 数组是静态结构，初始化必须指定容量，且容量不变

Object[] arr = new Object[10];

是最常见定义数组的方式，如果要访问索引为1的数据，直接通过arr[1]即可访问。也就是说数组支持随机访问（RandomAccess）。第一次听到“随机访问”这个词的时候非常懵逼：既然是随机，那就表示不确定，也就是说没人知道程序会访问哪个数据，那怎么保证访问的就是程序需要的数据呢？后来才知道：这个随机访问（RandomAccess）倒不如翻译成“任意访问”，就是想访问哪个数据，就可以直接访问。数组就是这样，只需要给定下标就可以直接访问。

说数组是静态结构，容量不能变。可能有同学不理解了，ArrayList底层就是数组，但是ArrayList是可以自动扩容的。既然这样，那我就用数组手动实现简易版的ArrayList吧，简易的实现了ArrayList的核心功能，先来看下定义

/**
 * 动态数组实现ArrayList
 */
public class ArrayList<E> {

    /**
     * 默认容量
     */
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    /**
     * 扩容倍数
     */
    private static final int RESIZE_RATE = 2;

    private E[] table;
    private int size;
    
}

E[] table用来保存添加的元素，int size用来记录ArrayList中元素的个数。需要注意的是，size和容量并不一定相等，容量是table.length，也就是数组长度。

再来看两个核心方法add(...)和remove()的实现思想，首先看下add(...)方法，往指定的位置插入元素，插入过程如下

动画演示的是：把元素6插入下标为3的位置。在插入之前，必须先把下标3及以后的元素向后移动一格。并且必须按照下标递减的顺序来先后移动元素，避免元素被覆盖。
从图中便可以看出，向数组中间插入元素，时间复杂度是O(n)，因为需要移动元素。但是向数组尾部插入元素，便不需要移动元素，所以时间复杂度为O(1)。由于向数组尾部插入元素有可能导致扩容操作（下面详细介绍），而扩容操作的时间复杂度为O(n)，所以向数组尾部插入元素的最坏时间复杂度为O(n)。下面的代码是该逻辑的实现。

/**
 * 指定位置新增
 * @param index 下标
 * @param e 新增元素
 * @return 是否成功
 */
public boolean add(int index, E e) {
    if (index < 0 || index > size) {