數據結構與算法（2）數組

上一章節回顧

在上一章節中已經對數據結構的基本概念有了瞭解，主要就是數據結構研究的三個方面（邏輯結構、存儲結構、算法）。還有兩個重要的詞彙：時間效率和空間效率。這一節開始瞭解最基本的數據結構-數組。

說在前面的話

還須要說明一點，學習一個新的知識點的基本順序我以爲大致是這樣的。首先要知道其基本概念（還有分類），而後瞭解它的特性（特殊點），由於特性決定用途，接下來就是它的用途，最後就是他的底層實現原理。所以我之後基本上也會按照這種方式去講解一個新的知識點

。

1、數組的基本概念

一、什麼是數組？

在平時使用最多的恐怕就是數組了吧，它是使用最普遍的一種數據結構，它是相同數據類型（能夠是基本類型也能夠是自定義類型）的元素按必定順序排列的集合，它們在內存中按照這個前後順序連續存放在一塊兒。有一維數組，二維數組，多維數組。 通俗的理解就是咱們通常把一羣羊或者一羣牛放在一個圈裏面，這個圈就至關於數組容器，每個羊至關於一個元素。

以上這個概念須要知道這幾個詞彙：相同數據類型、必定順序排列、集合、內存前後存放。

二、如何聲明一個數組

從標題就能夠看到，聲明和建立一個數組是兩個不一樣的過程。聲明的做用就好像是告訴別人我要去洗澡，建立的做用就好像是我真正的去洗澡了（比喻不當哈哈）。那如何聲明數組呢？

 int[] students ; int students [];

從上面咱們看到這裏有兩種方式，但通常推薦第一種。畢竟第一種看起來可讀性更好一點。

三、如何建立一個數組

在咱們知道了如何聲明數組以後，接下來就是咱們如何建立一個數組。不一樣的語言建立一個數組的方式仍是不同的，可是大致上同樣，這裏給出java的幾種方式。

//第一種：int [] students = new  int[50]；//第二種String [] colors =  {"red","blue","black"};//第三種：int [] height =  new int [3] {170,175,169};

從上面能夠發現建立一個數組如此簡單，別急，這三種方式裏面其實仍是有不少知識點須要掌握的。其實數組的建立其中有一個環節叫作數組的初始化。舉個例子，我建立了一個數組，可是一開始數組容器裏面可能尚未這些值。那何時纔有了這些值呢？也就是系統何時把我聲明的那些red、blue等等裝到數組容器裏面的呢？這個過程就是數組的初始化。數組是如何初始化的呢？

 數組的初始化分爲靜態初始化、動態初始化：

• - 靜態初始化：數組在初始化時由程序員顯式指定每一個數組元素的初始值。而數組長度由系統決定。在上面建立數組的那三種方式中，第三種就是靜態初始化。第二種也是，可是屬於靜態初始化的簡化方式。

• - 動態初始化：動態初始化時則必須指定元素個數。動態初始化時數組元素個數未知所以必須指定。上面第一種就是。

四、數組的分類

可能看到這個標題有一個疑問，數組還有分類嗎？不就是把相同類型的元素放在一塊兒嘛。其實否則。下面給你好好的分一下類：

按照是否有序分：有序數組和無序數組。

按照數組可否擴容分：靜態數組和動態數組。

先來看靜態數組：在編譯期間在棧中分配好內存的數組，在運行期間不能改變存儲空間，運行後由系統自動釋放。

再來看動態數組：動態數組，是相對於靜態數組而言。靜態數組的長度是預先定義好的，在整個程序中，一旦給定大小後就沒法改變。而動態數組則否則，它能夠隨程序須要而從新指定大小。動態數組的內存空間是從堆（heap）上分配（即動態分配）的。是經過執行代碼而爲其分配存儲空間。當程序執行到這些語句時，才爲其分配。程序員本身負責釋放內存。

 java中動態數組的原理

現有一個數組：int [] data = new int[5];

該數組已經沒法繼續添加元素了，因此咱們再初始化一個新的數組，其容量爲10，即數組arr容量的2倍:  int [] newData = new int [10];

而後將原數組的全部元素所有都賦值給新的數組。 

再將原數組的引用 arr指向 新的數組。 

靜態數組和動態數組的比較：

對於靜態數組，其建立很是方便，使用完也無需釋放，要引用也簡單，可是建立後沒法改變其大小是其致命弱點！ 對於動態數組，其建立麻煩，使用完必須由程序員本身釋放，不然嚴重會引發內存泄露。但其使用很是靈活，能根據程序須要動態分配大小。 

2、數組的特色

在上面掌握了其基本概念以後，再來看一下數組有什麼特色，數組的特色也是根據其分類來的，好比說有序數組其特色確定就是有序，咱們方便查找數據，無序的咱們方面插入刪除數據這些。因此這裏講的特色是全部數組共有的特色，也就是通常性特色：又回到了以前發過的文章，特色就是來看時間效率和空間效率的。

1.數組的長度固定的，超過長度時，只能建立一個新的數組，並把舊的數組的值傳進去方可；

2.數組的存儲類型是單一的，同一數組只能存儲同一數據類型的數據。

3.數組只能經過下標來訪問數據

3、數組的使用場景

數組較容器，最大的優勢就是效率。在Java中，數組是一種效率最高的存儲和隨機訪問對象引用序列的方式，數組就是一個簡單的線性序列，這使得元素訪問很是快速， 數組的優勢是效率高，但爲此，所付出的代價就是數組對象的大小被固定。這也使得在工做中，數組並不實用。咱們應該優選java中的容器，而不是數組。

4、數組的底層實現

這裏的底層實現也是相比較於java語言來講的，好比在之後的文章裏面，像鏈表這樣的數據結構我也會配合Java中鏈表實現的容器來配合着說。

Java提供了很棒的集合API和集合類如：ArrayList、HashMap，他們內部都是基於數組。java若是程序嘗試訪問無效的數組索引的話jvm會拋出ArrayIndexOutOfBoundException。

Java語言中，數組的實現原理是什麼？這個涉及到編譯原理的問題，我只能說，這是一個編譯規範。在規範中好比：int[]中的int告訴計算機這是一個整型數據，[]告訴計算機這是一個連續存儲的內存地址空間，簡單點說一個連續數據的存儲空間就是數組，數組只是一個名稱！！數組在Java裏是一種特殊類型，有別於普通的「類的實例」的對象。   以HotSpot VM爲例，答案是在數組對象的對象頭裏有一個_length字段，記錄數組長度。arraylength字節碼的實現只要去讀那個_length字段便可。JVM 中數組對象是一種特殊的對象，它的Object Header 比普通對象多了一個word 來存儲數組的長度，length 會編譯成對應的字節碼讀取這個field 就能夠了。

**下面看看在內存中是如何實現的！**

定義一個整型數組，並初始化 int p = new int[5]; 則： 

好了數組就先介紹到這裏，後續內容我會持續的發佈出來