算法数组：基础内容随笔

数组是存放在<连续内存空间>上<类型相同> 的数据集合

支持随机访问 O（1）
数组的核心优势就是其随机访问能力，它允许我们通过索引直接、迅速地访问数组中的任意元素。

数组寻址公式：
address(arr[i]) = base_address(arr) + i * sizeof_element
假如我们有一个长度为5的int数组，其基地址是0x0053fbd4，要访问第五个元素，即arr[4]，那么根据寻址公式就可以计算出地址：

address_arr[4] = 0x0053fbd4 + (4 * 4) = 0x0053fbe4

遍历数组方式：

for (i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++){
printf("%d", arr[i]);
}

使用C++的话，要注意vector 和 array的区别，vector的底层实现是array，严格来讲vector是容器，不是数组。

C++STL数组：
std::vector: 动态数组，提供快速随机访问。
std::array: 固定大小的数组，具有静态分配的内存。

std::deque
●基于动态数组：std::deque 是一个基于动态数组的序列容器，可以高效地从两端添加或删除元素。
●允许序列操作：可以快速地在队列的前端和后端添加或删除元素。
●时间复杂度：提供常数时间复杂度 （O(1)） 的前端和后端插入和删除操作。中间插入或删除操作可能需要 O(n) 时间。

• deque（分段连续存储）
  核心结构：底层：一个指针数组（中控 map），每个指针指向一个固定大小的连续缓冲区。
  push_front/push_back 只需在当前块的前/后填充，块满了就分配新块并在中控 map 中加一个指针。随机访问：先算目标在第几个块（偏移量 / 块大小），再算块内位置（偏移量 % 块大小），两次除法就定位了，所以是 O(1)。中间插入需要移动元素，O(n)。
  

一、std::vector 核心特性详解

1. 它是封装动态数组的顺序容器，定义于头文件 ：
2. 内存管理：元素连续存储，内存自动按需扩容（1.5/2倍）将旧元素全部拷贝/移动过去后释放旧内存，不需要手动管理堆内存。

• 在std::vector扩容时，如果元素类型提供了移动构造函数且该函数被声明为[noexcept]，则会优先使用移动构造函数。否则，std::vector会使用拷贝构造函数进行元素的复制。

3. 时间复杂度：随机访问：O(1)，可以像普通数组一样用下标直接访问任意位置元素，尾部插入/删除：均摊O(1)，性能极高，中间位置插入/删除：O(n)，需要移动后续所有元素
4. 实用优化技巧：如果提前知道元素总数量，可以调用reserve()预分配内存，完全避免运行时扩容的性能开销；不需要的预留空间可以通过shrink_to_fit()释放还给系统。

• shrink_to_fit()会向编译器发起一个非强制请求，尝试****重新分配一块刚好能容纳当前所有元素的新内存，将数据移动/拷贝过去后释放旧的冗余内存。

5. 适用场景：需要频繁随机访问、元素数量会动态变化、主要在尾部增删元素的场景，比如算法题中的临时数据存储、动态采集的传感器数据缓存等。
   

二、std::array 核心特性详解
它是C++11引入的固定大小静态数组容器，定义于头文件 ：

1. 内存管理：大小在编译期就必须指定，内存是栈上静态分配的，完全没有动态内存分配的开销，性能和原生C数组几乎一致。
2. 核心优势：比原生C数组更安全，自带size()、at()（带下标越界检查）、fill()等便捷接口，同时保留了原生数组连续内存、可直接转成裸指针传给C接口的特性。
3. 时间复杂度：所有操作都是O(1)，随机访问效率拉满。
4. 适用场景：元素数量编译期就确定、追求极致性能的场景，比如存储高速轴承故障诊断里固定长度的采样窗口数据、RGB三原色值、固定维度的小矩阵等。

三、两者核心差异对比表

如果数据量是动态变化的优先选vector，如果是固定长度的小数据集优先选array，能获得更好的性能表现。

C++程序的内存主要分为栈区、堆区、全局/静态区、常量区和代码区。栈区由编译器自动管理，用于存储局部变量、函数参数等，其分配和释放遵循函数调用栈的规则，空间有限。堆区则由程序员通过new或malloc等操作动态申请和释放，空间相对较大。
对于数组而言，其存储位置取决于定义方式：

• ● 在函数内部定义的静态数组（例如 int arr[10];），其内存由编译器在栈上自动分配，函数返回时自动释放。
• ● 用new操作符动态创建的数组（例如 int* arr = new int[10];），其内存是在堆区分配的，需要程序员手动使用delete[]释放，否则可能导致内存泄漏。
• ● 全局数组或静态局部数组（使用static关键字）则存储在全局/静态区。

内存相关补充：

• 栈区的空间限制：Windows下默认栈空间通常只有1MB~8MB，Linux下一般是8MB左右，如果在函数内定义int arr[1000000]这种超大局部数组，很容易直接触发栈溢出崩溃，这也是工程里大数组必须用动态分配的核心原因。
• 全局/静态区的细分：它还可以拆成两个子段：已初始化的全局/静态变量存在Data段，未初始化的会存在BSS段，系统会自动把BSS段的内存初始化为0，不需要程序员手动赋初值。
• 常量区的只读属性：字符串字面量、const全局常量都存放在这里，操作系统会给这页内存加只读保护，尝试修改会直接触发段错误，比如写char* p = "hello"; p[0] = 'H'; 程序运行时会直接崩溃。
• new和malloc的小区别：new不仅会在堆上分配内存，还会自动调用对象的构造函数，对应的delete[]会调用数组里所有元素的析构函数，这是C++面向对象特性在内存管理上的体现。
  

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