『数据结构与算法』—— 数组

定义

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。

线性表

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。

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连续内存，类型相同

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我们知道，计算机会给每个内存单元分配一个地址，计算机通过地址来访问内存中的数据。当计算机需要随机访问数组中的某个元素时，它会首先通过下面的寻址公式，计算出该元素存储的内存地址：

a[i]_address = base_address + i * data_type_size

优劣

优点显而易见，其时间复杂度仅仅为 O(1)，但是对于插入或者删除，都需要通过平移数组来完成操作，这就意味着最坏时间复杂度为 O(n)，如果容量还需要进行扩容，这是相当耗时的。

个人总结

  1. Java List 无法存储基本类型，都需要封住成 Integer 或者 Long 类，而装箱和拆箱是有很大的性能消耗的。
  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。

例子

  1. 普通数组封装(不支持扩容)
class Array {
    int data[];
    int count;
    int n;

    Array(int capacity) {
        data = new int[capacity];
        count = 0;
        n = capacity;
    }

    boolean add(int index, int value) {
        if (count >= n) {
            System.out.println("容量达到最大值");
            return false;
        }
        if (index > count) {
            System.out.println("下标越界");
            return false;
        }
        // 从屁股开始，往后移动，将 index 位置空出来
        for (int i = count; i > index; i--) {
            data[i] = data[i - 1];
        }
        data[index] = value;
        count++;
        System.out.println("插入成功:\tvalue:\t" + value + ":\tindex:\t" + index);
        System.out.println("data:\t" + toString());
        return true;
    }

    int get(int index) {
        if (index >= count) {
            return -1;
        }
        System.out.println("value:\t" + data[index]);
        return data[index];
    }

    boolean delete(int index) {
        if (index >= count) {
            System.out.println("下标越界");
            return false;
        }
        for (int i = index; i < count - 1; i++) {
            data[i] = data[i + 1];
        }
        data[count - 1] = 0;
        count--;
        System.out.println("删除成功 data:\t" + toString());
        return true;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return Arrays.toString(data);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Array array = new Array(10);
        array.add(0, 1);
        array.add(1, 2);
        array.add(2, 3);
        array.add(3, 4);
        array.add(4, 5);
        array.add(5, 6);
        array.add(6, 7);
        array.add(7, 8);
        array.add(8,9);
        array.add(9,10);
        array.delete(9);
        System.out.println("get value:\t" + array.get(3));
    }
}

输出结果：

插入成功:   value:  1:  index:  0
data:   [1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
插入成功:   value:  2:  index:  1
data:   [1, 2, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
插入成功:   value:  3:  index:  2
data:   [1, 2, 3, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
插入成功:   value:  4:  index:  3
data:   [1, 2, 3, 4, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
插入成功:   value:  5:  index:  4
data:   [1, 2, 3, 4, 5, 0, 0, 0, 0, 0]
插入成功:   value:  6:  index:  5
data:   [1, 2, 3, 4, 5, 6, 0, 0, 0, 0]
插入成功:   value:  7:  index:  6
data:   [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 0, 0, 0]
插入成功:   value:  8:  index:  7
data:   [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 0, 0]
插入成功:   value:  9:  index:  8
data:   [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0]
插入成功:   value:  10: index:  9
data:   [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
删除成功 data:  [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0]
value:  4
get value:  4
  1. 支持扩容的数组
class GenericArray<T> {
    T[] data;
    int size;

    GenericArray(int capacity) {
        data = (T[]) new Object[capacity];
        size = 0;
    }

    GenericArray() {
        this(10);
    }

    void checkIndex(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            throw new IndexOutOfBoundsException("下标越界");
        }
    }

    void resize(int newSize) {
        T[] newData = (T[]) new Object[newSize];
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            newData[i] = data[i];
        }
        System.out.println("扩容 capacity:\t" + newSize);
        data = newData;
    }

    T get(int index) {
        checkIndex(index);
        return data[index];
    }

    boolean isEmpty() {
        return size == 0;
    }

    void set(int index, T t) {
        checkIndex(index);
        data[index] = t;
        System.out.println("set value:" + " index: " + index + " value: " + t);
        System.out.println("data: " + toString());
    }

    int getCapacity() {
        return data.length;
    }

    int getCount() {
        return size;
    }

    boolean contains(T t) {
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            if (data[i] == t) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    int find(T t) {
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            if (data[i] == t) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    void add(int index, T t) {
        if (index < 0 || index > size) {
            throw new IndexOutOfBoundsException("下标越界");
        }
        if (size == data.length) {
            resize(2 * size);
        }
        for (int i = size; i > index; i--) {
            data[i] = data[i-1];
        }
        data[index] = t;
        size ++;
        System.out.println("add data: " + " index: " + index + " value: " + t);
        System.out.println("data: " + toString());
    }

    void addFirst(T t) {
        add(0, t);
    }

    void addLast(T t) {
        add(size, t);
    }

    T remove(int index) {
        checkIndex(index);
        T t = data[index];
        for (int i = index; i < size - 1; i++) {
            data[i] = data[i + 1];
        }
        data[size-1] = null;
        size--;
        if (size == data.length / 4 && data.length / 2 != 0) {
            resize(data.length / 2);
        }
        System.out.println("remove data: " + " index: " + index + " value: " + t);
        System.out.println("data: " + toString());
        return t;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return Arrays.toString(data);
    }

    public static void main(String[] args) {
        GenericArray<String> data = new GenericArray<String>(6);
        data.addLast("1");
        data.addLast("2");
        data.addLast("3");
        data.addLast("4");
        data.addLast("5");
        data.addLast("6");
        data.addLast("7");

        data.remove(data.getCount()-1);
        data.remove(data.getCount()-1);
        data.remove(data.getCount()-1);
        data.remove(data.getCount()-1);
    }
}

输出结果：

add data:  index: 0 value: 1
data: [1, null, null, null, null, null]
add data:  index: 1 value: 2
data: [1, 2, null, null, null, null]
add data:  index: 2 value: 3
data: [1, 2, 3, null, null, null]
add data:  index: 3 value: 4
data: [1, 2, 3, 4, null, null]
add data:  index: 4 value: 5
data: [1, 2, 3, 4, 5, null]
add data:  index: 5 value: 6
data: [1, 2, 3, 4, 5, 6]
扩容 capacity:    12
add data:  index: 6 value: 7
data: [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, null, null, null, null, null]
remove data:  index: 6 value: 7
data: [1, 2, 3, 4, 5, 6, null, null, null, null, null, null]
remove data:  index: 5 value: 6
data: [1, 2, 3, 4, 5, null, null, null, null, null, null, null]
remove data:  index: 4 value: 5
data: [1, 2, 3, 4, null, null, null, null, null, null, null, null]
扩容 capacity:    6
remove data:  index: 3 value: 4
data: [1, 2, 3, null, null, null]

参考自极客时间

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