詳解數據結構中的「數組」與編程語言中的「數組」的區別和聯繫

在大部分數據結構和算法書籍中，數組做爲最基礎的數據類型，是最早被介紹的。通常咱們都是這麼定義數組的。

數組這種數據結構，是存儲相同數據類型的一塊連續的存儲空間。
解讀一下這個定義的話，那就是：數組中的數據必須是相同類型的，數組中的數據必須是連續存儲的。
只有這樣，數組才能實現根據下標快速地（時間複雜度是O(1)）定位一個元素。

可是，若是你是一名比較喜歡鑽研的程序員，你會發現，在你所熟悉的編程語言中，」數組「這種數據類型，並不必定徹底符合上面的定義。好比Javascript這種語言中，數組中的數據不必定是連續存儲的，也不必定非得是相同類型，甚至數組能夠是變長的。

var arr = new Array(4,'hello', new Date());
複製代碼

除此以外，大部分數據結構和算法書籍中，在講到二維或者多維數組中數據的存儲方式的時候，通常都會這麼說:

二維數組中的數據，是先按行再按列（或者先按列後按行），依次存儲在連續的存儲空間中。
若是二維數組定義爲a[n][m]，那a[i][j]的尋址公式爲下面這樣（先按行後按列存儲）：
address_a[i][j] = address_base + (i*m+j) * data_size;

可是，在有些編程語言中，二維數組並不知足上面的說法和尋址公式。好比，Java中的二維數組，第二維能夠是不一樣長度的，並且第二維的三個數組（arr[0]、arr[1]、arr[2]）並非連續存儲。

int arr[][] = new int[3][];
arr[0] = new int[1];
arr[1] = new int[2];
arr[2] = new int[3];
複製代碼

是否是看的一頭霧水？難道數據結構和算法書籍裏的講解脫離實踐？難道編程語言中的數組沒有徹底按照數組的定義來設計？哪一個對哪一個錯呢？

實際上，兩個都沒錯。編程語言中的」數組「並不徹底等同於，咱們在講數據結構和算法的時候，提到的」數組「。編程語言在實現本身的」數組「類型的時候，並非徹底遵循數據結構」數組「的定義，而是針對編程語言自身的特色，作了調整。

在不一樣的編程語言中，數組這種數據類型的實現方式都不大相同，我就拿幾個比較典型的編程語言：C/C++、Java、Javascript，來給你展現一下，幾種比較有表明性的數組實現方式。

1. C/C++中數組的實現方式

C/C++中的數組，是很是標準的數據結構中的數組，也就是連續存儲相同類型的數據的一塊內存空間。在C/C++中，不論是基本類型數據，好比int、long、char，仍是結構體、對象，在數組中都是連續存儲的。我舉了一下例子，你能夠看下。

int arr[3];
arr[0] = 0;
arr[1] = 1;
arr[2] = 2;
複製代碼

數組arr中存儲的是int基本類型的數據，對應的內存存儲方式，若是用畫圖的方式表示出來的話，就是下面這樣子。從圖中能夠看出，數據是存儲在一片連續的內存空間中的。

剛剛講的是用數組存儲基本類型數據的例子，咱們再來看：用數組存儲struct結構體（或者class對象）的例子。

struct Dog {
  char a;
  char b;
};
struct Dog arr[3];
// 爲了節省頁面，放到了一行裏了
arr[0].a = '0'; arr[0].b = '1'; 
arr[1].a = '2'; arr[1].b = '3';
arr[2].a = '4'; arr[2].b = '5';
複製代碼

若是咱們把這個結構體數組，用畫圖的方式表示出來，就是下面這個樣子。咱們發現，結構體數組中的元素，也是存儲在一片連續的內存空間中的。

剛剛講的都是一維數組的數據存儲方式，咱們再來看下，二維數組的數據存儲方式。注意，多維數組跟二維數組大同小異，咱們就拿二維數組來說解。咱們來看下面這段代碼。

struct Dog {
  char a;  
  char b;
};
struct Dog arr[3][2];
複製代碼

咱們把上面的struct Dog arr[3][2]對應的數據存儲方式，用圖畫出來的話，就是下面這樣子的。從圖中，咱們發現，C/C++的二維數組，跟數據結構中二維數組是同樣的，數據是先按行後按列，而且是連續存儲的。

剛剛咱們分析了C/C++的基本數據類型數組、結構體或對象數組、以及二維數組。它們的數據存儲方式，徹底符合數據結構和算法中數組的定義。

你還知道，在其餘哪些編程語言中，數組的定義徹底符合數據結構中數組的定義嗎？

2. Java中數組的實現方式

看完了C/C++中的數組，咱們再來看下，Java中的數組。Java中的數組就有點跟數據結構中數組的定義不同了。咱們仍是分三種狀況來分析。這三種狀況分別是：基本數據類型數組、對象數組、二維數組（或多維數組）。

首先，咱們先來看下基本數據類型數組，也就是說，數組中存儲的是int、long、char等基本數據類型的數據。咱們仍是拿一段代碼來舉例。

int arr[] = new int[3];
arr[0] = 1;
arr[1] = 2;
arr[2] = 3;
複製代碼

若是咱們把arr中數據在內存中的存儲方式，用圖畫出來的話，就是下面這個樣子的。注意，new申請的空間在堆上，arr存儲在棧上。arr存儲的是數組空間的首地址。

從圖中來看，在Java中，基本數據類型數組仍是符合數據結構中數組的定義的。數組中數據是相同類型的、而且存儲在一片連續的內存空間中。

看完了基本數據類型數組，咱們再來看下對象數組，也就是說，數組中存儲的不是int、long、char這種基本類型數據了，而是對象。咱們仍是拿一個例子來講明。

class Person {  
  private String name;  
  public Person(String name) {
    this.name = name;  
  }
}

Person arr[] = new Person[3];
arr[0] = new Person("0");
arr[1] = new Person("1");
arr[2] = new Person("2");
複製代碼

在上面的代碼中，數組arr中存儲是Person對象。一樣，咱們仍是把數組中數據在內存中的存儲方式，用畫圖的方式表示出來。

從圖中，你有沒有發現，在Java中，對象數組的存儲方式，已經跟C/C++中對象數組的存儲方式，不大同樣了。在Java中，對象數組中存儲的是對象在內存中的地址，而非對象自己。對象自己在內存中並非連續存儲的，而是散落在各個地方的。

瞭解了一維數組的存儲方式，咱們再來看下，Java中的二維數組或者多維數組。前面也提到了，由於多維數組跟二維數組相似，咱們仍是隻拿二維數組來說解。

Java中的二維數組，跟數據結構中二維數組，有很大區別。在Java中，二維數組中的第二維，能夠是不一樣長度的。這句話有點很差理解。我舉個例子說明一下。

int arr[][] = new int[3][];
arr[0] = new int[1];
arr[1] = new int[2];
arr[2] = new int[3];
複製代碼

在上面的代碼中，arr是一個二維數組，第一維長度是3，第二維的長度各不相同：arr[0]長度是1，arr[1]長度是2，arr[2]長度是3。若是咱們把這個數組在內存中的存儲方式，用圖畫出來的話，就是下面這個樣子。

剛剛這個二維數組存儲的是基本數據類型，咱們再來看下，若是二維數組中存儲的是對象，那又會是怎麼的數據存儲方式呢？咱們仍是拿個例子來講明。

Person arr[][] = new Person[3][];
arr[0] = new Person[1];
arr[1] = new Person[2];
arr[2] = new Person[3];

arr[0][0] = new Person("0");
arr[1][1] = new Person("1");
複製代碼

在上面的代碼中，Person arr[][]是一個二維對象數組。對於它在內存中存儲方式，你能夠在紙上先畫下，或者在本身腦海中想下，而後，再來對比一下我畫的下面這張圖。

我總結一下。在Java這種編程語言中，數組這種數據類型，除了存儲基本數據類型的一維數組以外，對象數組、二維數組，都跟數據結構中數組的定義，有很大區別了。

3. JavaScript中數組的實現方式

若是咱們說，Java中的數組，只是根據語言本身的特色，在數據結構數組基礎之上，作的改造的話，那JavaScript這種動態腳本語言中的數組，徹底就被改的「面目全非」了。

在開頭的時候，咱們已經提到過，JavaScript中的數組，能夠存儲不一樣類型的數據，數組中的數據也不必定是連續存儲的（按照下標隨機訪問的效率不高），而且還能支持變長數組。這徹底就是跟數據結構中數組的定義反着的。若是你是一名Web前端工程師，你應該會對此很困惑吧？

實際上，JavaScript中數組的底層實現原理，已經不是依賴數據結構中的數組了。也就是說，JavaScript中的數組只不過是名字叫數組而已，跟數據結構中數組沒啥太大關係。

接下來，咱們就來看下，JavaScript中的數組，底層是如何實現的呢？實際上，JavaScript中的數組，會根據你存儲數據的不一樣，選擇不從的實現方式。

若是數組中存儲的是相同類型的數據，那JavaScript就真的用數據結構中數組來實現。也就是說，會分配一塊連續的內存空間來存儲數據。

若是數組中存儲的是非相同類型的數據，那JavaScript就用相似散列表的結構來存儲數據。也就是說，數據並非連續存儲在內存中的。這也是JavaScript數組支持存儲不一樣類型數據的緣由。

若是你往一個存儲了相同類型數據的數組中，插入一個不一樣類型的數據，那JavaScript會將底層的存儲結構，從數組變成散列表。

若是你熟悉JavaScript，你應該知道，JavaScript爲了照顧一些底層應用的開發者，還提供了另一種數據類型，叫作ArrayBuffer。而ArrayBuffer才符合標準的數據結構中數組的定義。它分配一片連續的內存空間，僅僅用來存儲相同類型的數據。

最後，總結

數據結構和算法先於編程語言出現。編程語言中是一些數據類型，並不能跟數據結構和算法書籍中講到的經典數據結構，徹底一一對應。好比咱們今天講到的數組，不少編程語言中，都會有數組這種數據類型，而它們每每會根據本身語言的特色，在實現上作了調整。

歡迎留言說說，在你熟悉的語言中，數組這種數據類型符不符合標準的數據結構中數組的定義？或者，說一說，還有哪些數據類型，雖然名字跟數據結構中講到的同樣，但在實現上卻有很大不一樣呢？

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做者：前Google工程師，5萬人訂閱《數據結構和算法之美》專欄做者。
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