数据结构-数组&链表

数组

数组Array是一种线性表数据结构，它使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：数据之间具有简单的前后关系，排列成线一样的结构，每个数据最多只有前后两个方向。数组、链表、队列、栈 都是线性表结构。

（ 非线性表：数据之间不是简单的前后关系。树、图、堆等。）

查找

连续的内存空间：可以通过寻址公式计算出该元素存储的内存地址。

因此数组支持随机访问，根据下标随机访问的时间复杂度是O(1)
（不是所有查找时间复杂度都是O(1)，只有根据下标是。二分查找复杂度是O(logN)）

插入和删除

数组为了保持内存的连续性，会导致插入、删除操作相对比较低效。

插入：如果在末尾插入元素，就不需要移动数据，时间复杂度O(1)；如果在开头插入元素，所有的数据都要依次向后移动一位，时间复杂度O(n)；平均情况为O(n)

删除：和插入相似，删除第k个位置的数据，也需要移动数据保证内存的连续性。平均复杂度O(n)

异常

数组越界java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException

    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = new int[3];
        arr[3] = 5;
    }

运行结果

Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 3
	at Test.main(Test.java:30)

原因是数组长度为3，数组下标从0开始，arr[3]已经不在arr数组范围内了。

容器与数组

容器类，例如：ArrayList
ArrayList的优势在于封装了许多数组操作的细节，例如插入删除方法，还可支持动态扩容。
ArrayList不能存储基本类型，如int、long等，需要使用包装类integer、Long等，而自动拆装箱也是有一定的性能消耗的，如果对性能消耗非常敏感，可以使用数组。
如果已知数据大小，且数据操作简单，可以使用数组。

其他

问：为什么大多数编程语言中，数组从0开始编号，而不是从1呢？
答：从存储内存模型来看，下标位置同时也包含了数组偏移的含义。
如果数组从0开始计数，a[0]就是数组的首地址位置，a[k]就是偏移k个元素大小的位置，即：a[k]_addr = base_addr + k * type_size;
如果数组从1开始计算，那么a[k]_addr = base_addr + (k-1)*type_size；
k-1对于cpu来说就增加了一道减法指令。
（也有可能是习惯问题，C语言设计就是从0开始的。）

数组的遍历

// for循环遍历
	int[] arr = {1,2,3,4,5};
	for(int i=0; i<arr.length; i++){
		sout(arr[i]);
	}
//TODO 迭代器遍历

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链表

上一节中表明了，数组是需要一块连续的内存空间来训相互的，堆内存要求较高。
而链表，则是通过“指针”讲一组零散的内存块关联起来。

单链表

其中我们将内存块成为链表的“结点（或节点）”，
而为了将结点串连起来，每个结点除了存储数据外还要记录下一个结点的地址，通常称记录下一个结点地址的指针为后继结点next。

头结点：第一个结点
尾结点：最后一个结点，尾结点中的next是一个空对象null，表示最后一个结点。

操作

链表支持数据的查找、插入、删除等操作。
链表的插入删除只需要考虑到相邻结点指针的改变，所以通常复杂度是O(1)。
而在查找的时候由于无法根据寻址进行随机访问，所以需要从头结点依次向下寻找，通常时间复杂度是O(n)。

循环链表

循环链表是在单链表的基础上，尾结点的后继结点指向了头结点，像环一样首尾相连，所以称作循环链表。

双向链表

单链表只有一个方向，也只有后继结点next指向后面的结点地址。而双向链表支持向前向后两个方向，除了后继结点next，还有前驱结点prev来指向前面的结点地址。

操作

当我们想要删除指定结点的前驱结点时，单链表由于只能向下寻找，所以为了找到前驱结点，我们需要从头遍历链表，直到p->next=q，说明p是q的前驱结点，而这个时间复杂度平均是O(n)。
但是对于双向链表来说，它直接指向了前驱结点，所以只需要p->prev就能得到p的前驱结点，时间复杂度是O(1)。

双向循环链表

在双向链表的基础上，头结点的前驱结点指向尾结点，尾结点的后继结点指向头结点。

基于链表实现LRU缓存淘汰算法

LRU-最近最少使用策略

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