算法与数据结构（3）-数组

what

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。

特点1：线性表（Linear List）

线性表就是数据排成像一条线一样的结构。
每个线性表上的数据最多只有前和后两个方向。其实除了数组，链表、队列、栈等也是线性表结构。

非线性表，比如二叉树、堆、图等。之所以叫非线性，是因为，在非线性表中，数据之间并不是简单的前后关系。

特点2：连续的内存空间和相同类型的数据

正是因为这两个限制，它才有了一个堪称“杀手锏”的特性：“随机访问”。但有利就有弊，这两个限制也让数组的很多操作变得非常低效，比如要想在数组中删除、插入一个数据，为了保证连续性，就需要做大量的数据搬移工作。

“随机访问”怎么实现？

因为每个数据类型是相同，每个数据存储的空间也是相同的，因此只要知道首地址和类型单位，根据偏移量就可以实现随机访。
a[i]_address = base_address + i * data_type_size

插入操作

数组为了保持内存数据的连续性，插入删除都有可能移动其他数据的位置。
最好时间复杂度O(1)
最坏时间复杂度O(n)
平均间复杂度 (1+2+...n)/n=O(n)

删除操作

最好时间复杂度O(1)
最坏时间复杂度O(n)
平均间复杂度 (1+2+...n)/n=O(n)

优化：

删除不是真正的删除，而是逻辑删除，等到某一时段一起删除
先记录下已经删除的数据。每次的删除操作并不是真正地搬移数据，只是记录数据已经被删除。当数组没有更多空间存储数据时，我们再触发执行一次真正的删除操作，这样就大大减少了删除操作导致的数据搬移。就是 JVM 标记清除垃圾回收算法的核心思想

警惕数组的访问越界问题

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C语言程序就可能不会报任何错误。
很多计算机病毒也正是利用到了代码中的数组越界可以访问非法地址的漏洞，来攻击系统，所以写代码的时候一定要警惕数组越界。

选择容器还是数组？

针对数组类型，很多语言都提供了容器类，比如 Java 中的 ArrayList、C++ STL 中的 vector。

ArrayList 最大的优势就是可以将很多数组操作的细节封装起来。比如前面提到的数组插入、删除数据时需要搬移其他数据等。另外，它还有一个优势，就是支持动态扩容。

对比

1. Java ArrayList 无法存储基本类型，比如 int、long，需要封装为 Integer、Long 类，而 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。

2. 如果数据大小事先已知，并且对数据的操作非常简单，用不到 ArrayList 提供的大部分方法，也可以直接使用数组。

3. 当要表示多维数组时，用数组往往会更加直观。比如 Object[][] array；而用容器的话则需要这样定义：ArrayList<ArrayList