深入理解数组（上）

定义:

数组（Array）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。

该定义有几个关键点：

1.线性表。

顾名思义，线性表就是数据排成像一条线一样的结构。这种结构具有下列特点：存在一个唯一的没有前驱的（头）数据元素；存在一个唯一的没有后继的（尾）数据元素；此外，每一个数据元素均有一个直接前驱和一个直接后继数据元素。

常见的线性表还有链表、队列、栈等等. 　　

2.一组连续的内存空间和相同类型的数据。

连续内存空间，说明在声明数组时需要预先指定大小。

相同类型数据很简单，这里和容器作区分，更容易了解，以java ArrayList容器为例，首先数组只能存储基本类型，比如int、long，ArrayList则需要在进一步，使用基本类型的包装类，存储Integer，Long。这里要提一下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。

这也就是说，存储数组时，对内存要求比较高，这就涉及到内存的分配了。假设声明一个1M大小的数组时，也就说不能是零散的内存块不能连接成一个大的空间，而必须要一整块连续的内存空间才能申请成功。

因为在申请和释放许多小的块可能会产生如下状态：在已用块之间存在很多小的空闲块。进而申请大块内存失败，虽然空闲块的总和足够，但是空闲的小块是零散的，不能满足申请的大小。

特性：随机访问。

优点：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)。

说到随机访问，提一下寻址公式:

一维数组：

a[i]_address = base_address + i * data_type_size

对于 m * n 的二维数组，a [ i ][ j ] (i < m,j < n)的地址为：

address = base_address + ( i * n + j) * type_size

(data_type_size 表示数组中每个元素的大小)

在这里在说一下寻址公式。以一个int[10]的数组为例，计算机给数组分配了一块连续内存空间 1000～1039，其中，内存块的首地址为 base_address = 1000,因为存的是int型，这里data_type_size便是4个字节。

套入寻址公式可得 a[0] 对应 1000~1003，a[1]对应1004~1007，，，以此类推。

缺点：增删低效，因为数组中的数据是有序的,每一次的增删（除了头部和尾部）都伴随着数组的移动。

简单罗列一下时间复杂度：

1） 插入：最好O(1) 最坏O(n) 平均O(n)

小技巧：数组若无序，插入新的元素时，可以将第K个位置元素移动到数组末尾，把心的元素，插入到第k个位置，此处复杂度为O(1)。
3） 删除：最好O(1) 最坏O(n) 平均O(n)

小技巧：多次删除集中在一起，提高删除效率（JVM 标记清除垃圾回收算法的核心思想）。简单地说，就是每次的删除不是真正的删除，而是添加标记，什么时候等存满了，统一集中在一起删。

注意：

下标越界

一定要主要数组的下标是从0开始，一定要注意最大的访问值是size-1。

在 C 语言中，只要不是访问受限的内存，所有的内存空间都是可以自由访问的。根据我们前面讲的数组寻址公式，a[6] 也会被定位到某块不属于数组的内存地址上，而这个地址正好是存储变量 i 的内存地址，那么 a[6]=0 就相当于 i=0，所以就会导致代码无限循环。

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。因为，访问数组的本质就是访问一段连续内存，只要数组通过偏移计算得到的内存地址是可用的，那么程序就可能不会报任何错误。

JAVA本身还好，自身会做越界检查，如果越界则会抛出                        java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException

疑问:

数组和容器之间有什么区别，哪个更好一些？

以Java ArrayList为例：

ArrayList是Java集合框架类的一员，可以称它为一个动态数组。它还有一个优势就是将数组的操作封装起来，比如增删查，以及动态扩容。

重点来了，动态扩容：

当大小为n的数组此时已经存了n个数据，当n+1的数据需要存储的时候，数组就需要重新分配一块更大的连续的内存，然后将之前的数据复制过去，然后再进行操作，费时费力。

如果使用ArrayList的话，就完全不需要考虑底层了，因为它已经将底层扩容逻辑封装好了，当空间不够的时候，它会自动扩充为原来的1.5倍大小。

总结:对于业务开发，直接使用容器就足够了，省时省力。虽然损耗一丢丢性能，但是完全不会影响到系统整体的性能。但如果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。

end

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