数组和链表的区别与优缺点

1.存储
 
 数组存储必须有提前声明空间,因为数组的存储是连续的,没有足够的空间是无法存储数组的。
 链表可以将数据存储在不连续的空间中,从第一个空间开始,链表会记录下下一个空间的位置,这样就能检索到整条链表了

2.查询

根据数组的特有属性,只要找到第一个元素就能知道所有元素的地址,因为是连在一起的,所以理论上,get(0)与get(10000)所用的时间是一样的。
链表就不一样了,因为每个元素只知道自己上一个和下一个元素的地址(双向链表),所以得一个一个的查找,这里有个问题要注意一下,比如这个链表共有100个元素,是不是get(99)耗时最多呢?答案是否定的,这里以linkedlist源码为例,在get时会进行一个判断,如果get的索引小于size的一半就从0开始检索,否则从99开始检索,就是顺序查找与倒序查找,所以理论上查找中位数消耗的时间最长,下面是linkedlist中get方法的源码片段:
 

 

 

3.插入与删除

数组插入一个数据比较复杂,先要判断数组空间还能不能放得下,有足够空间的情况下将需要插入位置后面的数组整体向后移动,最后把这个数插入进来,如果数组没有足够的空间还需要进行扩容操作,费时费力。

链表因为对整块空间大小没有要求,见缝插针即可,所以随便找个地方存放这个元素,然后把需要插入的位置前一个元素的next指针指向这个新的元素,然后再把插入数据的next指针指向下一个元素(pre指针修改类似),建明快捷,删除一个元素也是一样,数组要整体移动,而链表只需要移动指针,所以在这个方面链表的效率要大大的高于数组。

 

 

数组的查询时间复杂度O(1) 修改的时间复杂度O(n)

链表的查询时间复杂度O(n) 修改的时间复杂度O(1)

### 数组优缺点 - **优点**: - 支持随机访问,按下标进行随机访问的时间复杂度为O(1),可以快速定位到数组中的任意元素,适合需要频繁访问特定位置元素的场景。 - CPU高速缓存命中率比较高,由于数组空间连续,CPU在遍历过程中,一次加载数据时可以把数组很多数据都换存进寄存器缓存,提高了访问效率。 - 逻辑上相邻的元素物理上也相邻,在进行一些算法操作时,如排序、二分查找等,数组的结构更适合,能更好地发挥算法的性能[^1][^2][^3][^4]。 - **缺点**: - 头部中部的插入删除效率低,时间复杂度为O(N)。因为数组是从开始的位置连续存储数据,在头部或中间插入或删除数据时,需要挪动大量元素。 - 空间不够时需要增容,存在一定程序的性能消耗空间浪费。扩容分原地扩容异地扩容,异地扩容效率非常低,且为了避免频繁扩容,一般扩2倍,可能导致空间浪费。例如原空间有100个元素,满了扩容到200个,若只再插入5个元素,就会有95个空间浪费,且删除数据多了也不会释放空间[^1][^2][^3]。 ### 链表优缺点 - **优点**: - 按需求申请内存,需要存一个数据就申请一块内存,不存在空间浪费。 - 在任意位置插入删除数据的时间复杂度为O(1),操作效率高,适合需要频繁进行插入删除操作的场景。 - 链表采用随机存储的存储方法,不要求内存连续,靠next指针关联起来,适合写操作多、读操作少的情况[^1][^2][^3]。 - **缺点**: - 不支持下标的随机访问,查找元素需要从头节点开始顺序访问,查找的时间复杂度为O(n)。 - 链表在物理上不连续,每个节点都需要申请,在存储上有一定的消耗,例如存储多个节点时需要多个结构体,每个结构体里还需存指针。 - CPU高速缓存命中率低,存在缓存污染,因为链表空间不连续,不太会被一次缓存进去[^1][^2][^3]。 ### 数组链表区别 - **内存分配**:数组是静态分配内存,元素在内存的栈区,系统自动申请空间;链表是动态分配内存,结点元素在内存的堆区,每个元素须手动申请空间[^2]。 - **存储方式**:数组的元素在内存中是连续存储的;链表的节点在内存中是离散存储的,通过指针相连。 - **插入删除操作**:数组插入删除元素时,可能需要移动大量元素,效率较低;链表插入删除元素只需修改指针,效率较高。 - **随机访问**:数组支持随机访问,可通过下标直接访问元素;链表不支持随机访问,只能从头节点开始顺序访问。 ```python # 数组示例 array = [1, 2, 3, 4, 5] print(array[2]) # 随机访问 # 链表示例 class ListNode: def __init__(self, val=0, next=None): self.val = val self.next = next # 创建链表 1 -> 2 -> 3 head = ListNode(1) head.next = ListNode(2) head.next.next = ListNode(3) # 顺序访问链表 current = head while current: print(current.val) current = current.next ```
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