Swift--Array 详解

概述：

Array是一种有序的，可以随机访问的数据结构，可以存储任意的数据类型。

创建Array：

使用字面值创建Array

使用初始化函数创建空的Array

使用初始化函数构建含有重复初始值的Array

访问Array的元素：

1、使用数组下标访问相应的元素：

下标越界时会导致运行错误

通过数组下标访问数组元素

2、使用 for-in 遍历数组元素

for-in

3、使用 .first 和 .last 访问数组的第一个元素和最后一个元素

返回值是Optional类型

.first / .last

4、使用 .isEmpty 判断数组是否为空

.isEmpty

添加和删除Array的元素：

.append 在数组的末尾添加一个新元素

.append(contentsOf:) 在数组的末尾添加别的数组或序列中的多个值

添加元素

.insert(_:at:) 在指定位置插入单个元素

.insert(contentsOf:at:)  在指定位置插入别的数组或序列中的多个值

插入操作导致插入位置后面的元素发生移动，时间复杂度为O(n)

插入元素

.remove(at:) 删除指定位置的元素

.removeSubrange(_:) 删除某个范围内所有的元素

.removeLast() 删除最后一个元素

删除操作导致删除元素后面的元素发生移动，时间复杂度为O(n)

删除元素

使用数组下标对相应位置的元素进行赋值

赋值

Array的内存优化：

Swift为Array分配一段特定大小的内存空间，每当Array的内存空间用完时，Swift就为该Array分配一段大小为原来的两倍的内存空间，并将Array的元素复制到新的内存空间中。开辟新的存储空间和复制元素需要额外的开销，但Swift的内存大小指数增长的策略使得 append 操作所花费的平均时间约为一常量（随着数据的增加，开辟新内存的需求会变少），优化了性能。

.reserveCapacity(_:) 

如果可以预知Array所需存储的数据的数量，可以使用上述函数为Array预留指定大小的内存空间（最小所需空间），从而避免内存空间指数增长所造成的浪费

使用Array时，所占用的内存是连续的，而使用NSArray，所占用的内存并不一定是连续的（NSArray为引用类型），所以在OC中使用Array时，底层可能使用NSArray或NSArray的子类作为Array的存储，从而不能保证Array的使用效率。

修改Array的副本：

当Array中保存的数据为值类型时，修改单一副本的值并不会引起其他副本的变化

值类型元素

但当Array中保存的数据为引用类型时，修改单一副本的值会引起其他副本的变化

因为新的副本被创建时，仅存储的对象指针被复制，并没有创建新的对象

引用类型元素

Array也采取了Copy-On-Write（COW）的优化策略，多个副本共享一段存储区，仅当某一副本被修改时，才为该副本开辟新的存储区，复制原Array到新的内存，并在该新的内存位置进行修改。

如果Array只有一个副本，对该副本的操作还是在相同的内存位置进行的（in place）。

副本的修改

在上述例子中，numbers拥有两个副本，这两个副本共享numbers的存储空间，当numbers被修改时，新的内存被开辟，原Array被复制到新的内存中，对numbers的后续修改都在该新内存中进行（in place），而原先的两个副本继续共享原本的存储空间。

NSArray 与 Array 的桥接：

使用类型转换 as 进行 NSArray 和 Array之间的桥接

为了确保桥接的成功，Array中的数据类型必须是class，@objc protocol或者是能与Foundation中的类型相桥接的类型(String)。

Array -> NSArray

在上述例子中，String可以桥接到NSString，所以Array可以被桥接到NSArray, 但String?不能被桥接到Foundation中的类，所以Array也不能桥接到NSArray。

如果Array中的数据类型为class或@objc protocol，Array桥接到NSArray的时间复杂度和空间复杂度为O(1)，否则为O(n)。

如何NSArray中的数据类型为class或@objc protocol，NSArray桥接到Array会首先调用数组的copy(with:)方法，获取不可修改的副本--时间复杂度不可估计，并进行额外的统计工作--O(1)，如果NSArray已经是不可修改的，copy(with:)方法返回同一个数组--O(1)，如果返回的是同一个数组，那么NSArray和Array共享同一段内存，并采用copy-on-write进行优化。

如果NSArray中的数据类型是Foundation中的类型，NSArray桥接到Array时需要数据元素复制到连续的内存中--O(n)，进一步访问Array中的元素不需要桥接。

ContiguousArray  和 ArraySlice 类型不会被桥接，因为这两种类型的对象所占用的内存总是连续的。

参考文献：

苹果官方文档