面试的时候,常常会问数组和链表的区别,很多人都回答说,“链表适合插入、删除,时间复杂度O(1);数组适合查找,查找时间复杂度为O(1)”。实际上,这种表述是不准确的。数组是适合查找操作,但是查找的时间复杂度并不为O(1)。即便是排好序的数组,你用二分查找,时间复杂度也是O(logn)。所以,正确的表述应该是,数组支持随机访问,根据下标随机访问的时间复杂度为O(1)。

每一种编程语言中,基本都会有数组这种数据类型。不过,它不仅仅是一种编程语言中的数据类型,还是一种最基础的数据结构。尽管数组看起来非常基础、简单,但是我估计
很多人都并没有理解这个基础数据结构的精髓。在大部分编程语言中,数组都是从0开始编号的,但你是否下意识地想过,为什么数组要从0开始编号,而不是从1开始呢?
从1开始不是更符合人类的思维习惯吗?带着这个问题来学习接下来的内容,带着问题去学习往往效果会更好!!!

什么是数组?我估计你心中已经有了答案。不过,我还是想用专业的话来给你做下解释。
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
。这个定义里有几个关键词,理解了这几个关键词,我想你就能彻底掌握数组的概念了。下面就从我的角度分别给你“点拨”一下。

第一是线性表(Linear List)。顾名思义,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。而与它相对立的概念是非线性表,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。

第二个是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,
数组为了保持内存数据的连续性,会导致插入、删除这两个操作比较低效,相反的数组查询则高效

数组java代码:
package array; /** * 1) 数组的插入、删除、按照下标随机访问操作; * 2)数组中的数据是int类型的; * * Author:
Zheng * modify: xing, Gsealy */ public class Array { //定义整型数据data保存数据 public
int data[]; //定义数组长度 private int n; //定义中实际个数 private int count; //构造方法,定义数组大小
public Array(int capacity){ this.data = new int[capacity]; this.n = capacity;
this.count=0;//一开始一个数都没有存所以为0 } //根据索引,找到数据中的元素并返回 public int find(int index){
if (index<0 || index>=count) return -1; return data[index]; } //插入元素:头部插入,尾部插入
public boolean insert(int index, int value){ //数组中无元素 //if (index == count &&
count == 0) { // data[index] = value; // ++count; // return true; //} // 数组空间已满
if (count == n) { System.out.println("没有可插入的位置"); return false; } //
如果count还没满,那么就可以插入数据到数组中 // 位置不合法 if (index < 0||index > count ) {
System.out.println("位置不合法"); return false; } // 位置合法 for( int i = count; i >
index; --i){ data[i] = data[i - 1]; } data[index] = value; ++count; return
true; } //根据索引,删除数组中元素 public boolean delete(int index){ if (index<0 || index
>=count) return false; //从删除位置开始,将后面的元素向前移动一位 for (int i=index+1; i<count;
++i){ data[i-1] = data[i]; } //删除数组末尾元素 这段代码不需要也可以 /*int[] arr = new
int[count-1]; for (int i=0; i<count-1;i++){ arr[i] = data[i]; } this.data =
arr;*/ --count; return true; } public void printAll() { for (int i = 0; i <
count; ++i) { System.out.print(data[i] + " "); } System.out.println(); } public
static void main(String[] args) { Array array = new Array(5); array.printAll();
array.insert(0, 3); array.insert(0, 4); array.insert(1, 5); array.insert(3, 9);
array.insert(3, 10); //array.insert(3, 11); array.printAll(); } }
GenericArray数组代码
public class GenericArray<T> { private T[] data; private int size; //
根据传入容量,构造Array public GenericArray(int capacity) { data = (T[]) new
Object[capacity]; size = 0; } // 无参构造方法,默认数组容量为10 public GenericArray() {
this(10); } // 获取数组容量 public int getCapacity() { return data.length; } //
获取当前元素个数 public int count() { return size; } // 判断数组是否为空 public boolean
isEmpty() { return size == 0; } // 修改 index 位置的元素 public void set(int index, T
e) { checkIndex(index); data[index] = e; } // 获取对应 index 位置的元素 public T get(int
index) { checkIndex(index); return data[index]; } // 查看数组是否包含元素e public boolean
contains(T e) { for (int i = 0; i < size; i++) { if (data[i].equals(e)) {
return true; } } return false; } // 获取对应元素的下标, 未找到,返回 -1 public int find(T e) {
for ( int i = 0; i < size; i++) { if (data[i].equals(e)) { return i; } } return
-1; } // 在 index 位置,插入元素e, 时间复杂度 O(m+n) public void add(int index, T e) {
checkIndex(index); // 如果当前元素个数等于数组容量,则将数组扩容为原来的2倍 if (size == data.length) {
resize(2 * data.length); } for (int i = size - 1; i >= index; i--) { data[i +
1] = data[i]; } data[index] = e; size++; } // 向数组头插入元素 public void addFirst(T
e) { add(0, e); } // 向数组尾插入元素 public void addLast(T e) { add(size, e); } // 删除
index 位置的元素,并返回 public T remove(int index) { checkIndexForRemove(index); T ret
= data[index]; for (int i = index + 1; i < size; i++) { data[i - 1] = data[i];
} size --; data[size] = null; // 缩容 if (size == data.length / 4 && data.length
/ 2 != 0) { resize(data.length / 2); } return ret; } // 删除第一个元素 public T
removeFirst() { return remove(0); } // 删除末尾元素 public T removeLast() { return
remove(size - 1); } // 从数组中删除指定元素 public void removeElement(T e) { int index =
find(e); if (index != -1) { remove(index); } } @Override public String
toString() { StringBuilder builder = new StringBuilder();
builder.append(String.format("Array size = %d, capacity = %d \n", size,
data.length)); builder.append('['); for (int i = 0; i < size; i++) {
builder.append(data[i]); if (i != size - 1) { builder.append(", "); } }
builder.append(']'); return builder.toString(); } // 扩容方法,时间复杂度 O(n) private
void resize(int capacity) { T[] newData = (T[]) new Object[capacity]; for (int
i = 0; i < size; i++) { newData[i] = data[i]; } data = newData; } private void
checkIndex(int index) { if (index < 0 || index > size) { throw new
IllegalArgumentException("Add failed! Require index >=0 and index <= size."); }
} private void checkIndexForRemove(int index) { if(index < 0 || index >= size)
{ throw new IllegalArgumentException("remove failed! Require index >=0 and
index < size."); } } }
到这里,就回溯最初的问题:


从数组存储的内存模型上来看,“下标”最确切的定义应该是“偏移(offset)”。前面也讲到,如果用a来表示数组的首地址,a[0]就是偏移为0的位置,也就是首地址,a[k]就表示偏移k个type_size的位置,所以计算a[k]的内存地址只需要用这个公式:

a[k]_address = base_address + k * type_size

但是,如果数组从1开始计数,那我们计算数组元素a[k]的内存地址就会变为:

a[k]_address = base_address + (k-1)*type_size


对比两个公式,我们不难发现,从1开始编号,每次随机访问数组元素都多了一次减法运算,对于CPU来说,就是多了一次减法指令。那你可以思考一下,类比一下,二维数组的内存寻址公式是怎样的呢?
有兴趣的可以在评论区评论出来哦QAQ


数组作为非常基础的数据结构,通过下标随机访问数组元素又是其非常基础的编程操作,效率的优化就要尽可能做到极致。所以为了减少一次减法操作,数组选择了从0开始编号,而不是从1开始。
不过我认为,上面解释得再多其实都算不上压倒性的证明,说数组起始编号非0开始不可。所以我觉得最主要的原因可能是历史原因。


关于数组,它可以说是最基础、最简单的数据结构了。数组用一块连续的内存空间,来存储相同类型的一组数据,最大的特点就是支持随机访问,但插入、删除操作也因此变得比较低效,平均情况时间复杂度为O(n)。在平时的业务开发中,我们可以直接使用编程语言提供的容器类,但是,如果是特别底层的开发,直接使用数组可能会更合适。

如果本文对你有一点点帮助,那么请点个赞呗,谢谢~

最后,若有不足或者不正之处,欢迎指正批评,感激不尽!如果有疑问欢迎留言,绝对第一时间回复!

欢迎各位关注我的公众号,一起探讨技术,向往技术,追求技术,说好了来了就是盆友喔...