数组和链表的优缺点

    数组,在内存上给出了连续的空间。链表,内存地址上可以是不连续的,每个链表的节点包括原来的内存和下一个节点的信息(单向的一个,双向链表的话,会有两个)。
  数组优于链表的:
  A. 内存空间占用的少,因为链表节点会附加上一块或两块下一个节点的信息。
  但是数组在建立时就固定了。所以也有可能会因为建立的数组过大或不足引起内存上的问题。
  B. 数组内的数据可随机访问,但链表不具备随机访问性。这个很容易理解,数组在内存里是连续的空间,比如如果一个数组地址从100到200,且每个元素占用两个字节,那么100-200之间的任何一个偶数都是数组元素的地址,可以直接访问。
  链表在内存地址可能是分散的。所以必须通过上一节点中的信息找能找到下一个节点。
  C. 查找速度上。这个也是因为内存地址的连续性的问题,不罗索了。
  链表优于数组的:
  A. 插入与删除的操作。如果数组的中间插入一个元素,那么这个元素后的所有元素的内存地址都要往后移动。删除的话同理。只有对数据的最后一个元素进行插入删除操作时,才比较快。链表只需要更改有必要更改的节点内的节点信息就够了。并不需要更改节点的内存地址。
  B. 内存地址的利用率方面。不管你内存里还有多少空间,如果没办法一次性给出数组所需的要空间,那就会提示内存不足,磁盘空间整理的原因之一在这里。而链表可以是分散的空间地址。
  C. 链表的扩展性比数组好。因为一个数组建立后所占用的空间大小就是固定的,如果满了就没法扩展,只能新建一个更大空间的数组;而链表不是固定的,可以很方便的扩展。

### 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]。 ### 数组链表的区别 - **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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