数据结构与算法---数组

数组的定义

数组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。

其中有几个重要的概念：

• 线性表
  • 线性表就是数据排成像线一样的结构。每个线性表最多只有前和后两个方向。
  • 是线性表的数据结构有：
    • 数组
    • 队列
    • 链表
    • 栈
• 非线性表
  • 非线性表则与线性表相反，数据并不是简单的前后关系。
  • 非线性表的数据结构有：
    • 树
    • 图
    • 堆
• 连续的内存空间
  • 数组在内存中的存储方式是一组给定长度的连续的空间。
  • 连续的空间才使得数组可以实现通过下标随机访问。
  • 高级语言中的数组能动态扩容均是二次封装之后的结果，最底层的数据初始化的时候就已经指定好了该数组的长度。
• 存储相同类型的数据
  • 相同类型+连续空间使得数组可以通过下标随机访问。

数组的原理

如图所示，这是一个长度为5的int数组arr，我们假设起始的内存地址为1000，那么第一个元素的内存地址范围就是：1000-1003，这是因为一个int占4个字节。那么如果我们想要访问最后元素arr[4]，我们可以很容易的通过起始地址计算出来，1000+4*4 = 1016。那么最后一个元素就是内存地址1016-1019。这就是数组随机访问的原理，并且通过前面的算式，我们可以得出因为数组下标访问的计算与数组长度n无关，因此下标访问的时间复杂度为O(1)

数组的特点

• 可以直接随机访问(依据下标访问)其中的任意数据
• 随机访问数据非常高效
• 低效的插入和删除

前两点上面原理里面已经解释的很清楚了，这里我们聊聊数组的插入与删除。

因为数组是一组连续的内存空间，那么不管我们是要往里面插入或者删除，都必须涉及到数组插入、删除节点之后的数据的移动。那么最理想的情况：直接在数组末尾插入、删除元素，时间复杂度为O(1)。最差情况：在数组开启插入、删除元素，时间复杂度为O(n)。因此数据的插入、删除操作是非常低效的。

操作数组的小技巧

既然我们已经知道了数组插入、删除的效率问题，那么我们可以有一些小技巧来优化我们的操作。

• 数组插入操作：如果我们要插入的数组是一个本身就无序的数组，那么我们可以不需要将数据插到指定位置，直接插入末尾即可，这样时间复杂度为O(1)，效率极高。
• 数组删除操作：如果我们有需求涉及到频繁的删除数组中的数据，因为每次删除都会造成数据的移动，非常的消耗性能，我们可以先记录下已经删除的数据，而不是真正的从数组中删除，当数组空间不够时或者删除操作全部执行完之后，再一次性的删除全部对应的数据并移动剩余数据，这样大大减少了数据 搬移的次数，提高执行效率。（这也是JVM标记清除垃圾回收算法的核心思想）

欢迎大家关注我的个人博客：http://blog.geek-scorpion.com/