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)”。前面也讲到,如果用a来表示数组的首地址,a[0]就是偏移为0的位置,也就是首地址,a[k]就表示偏移k个type_size的位置,所以计算a[k]的内存地址只需要用这个公式:
a[k]_address = base_address + k * type_size
但是,如果数组从1开始计数,那我们计算数组元素a[k]的内存地址就会变为:
a[k]_address = base_address + (k-1)*type_size
对比两个公式,我们不难发现,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。
数组作为非常基础的数据结构,通过下标随机访问数组元素又是其非常基础的编程操作,效率的优化就要尽可能做到极致。所以为了减少一次减法操作,数组选择了从0开始编号,而不是从1开始。
C语言设计者用0开始计数数组下标,之后的Java、JavaScript等高级语言都效仿了C语言,或者说,为了在一定程度上减少C语言程序员学习Java的学习成本,因此继续沿用了从0开始计数的习惯。实际上,很多语言中数组也并不是从0开始计数的,比如Matlab。甚至还有一些语言支持负数下标,比如Python。