05 | 数组：为什么很多编程语言中数组都从0开始编号？

什么是数组？

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。

线性表存储结构
连续内存空间
存储相同类型数据

优点：连续内存+相同类型数据=数组可以实现随机访问

缺点：数组中删除、插入一个数据，为了保证连续性，就需要做大量的数据搬移工作。

数组如何实现根据下标随机访问数组元素？

数组寻址公式

a[i]_address = base_address + i * data_type_size

data_type_size 表示数组中每个元素的大小，例如int类型data_type_size为4个字节。

数组和链表的区别

链表适合插入、删除；数组适合访问，访问数组元素的时间复杂度为O（1）。但是数组查找的复杂度并不为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)。

数组插入和删除复杂度分析

“插入”

假设数组的长度为 n，现在，如果我们需要将一个数据插入到数组中的第 k 个位置：头部插入时间移动n个元素，时间复杂度为O（n），尾部插入不需要移动元素，时间复杂度为O（1），每个位置插入元素的概率相同，平均时间复杂度为0（n）
改进技巧：将某个数据插入到第k个位置，那么先将第k个位置元素移动到数组末尾（如果末尾空闲没有元素），再将新元素插入到第k位即可。从而使得时间复杂度降低为O（1），这个处理思想在快排中也会用到。
如果插入多个元素，也可以合并第二步中提到的多次操作

“删除”

删除数组末尾的数据，则最好情况时间复杂度为 O(1)；如果删除开头的数据，则最坏情况时间复杂度为 O(n)；平均情况时间复杂度也为 O(n)；
改进技巧：多次删除操作合并到一次执行，提高删除效率；
数组 a[10]中存储了 8 个元素：a，b，c，d，e，f，g，h。现在，我们要依次删除 a，b，c 三个元素。为了避免 d，e，f，g，h 这几个数据会被搬移三次，先记录下已经删除的数据。每次的删除操作并不是真正地搬移数据，只是记录数据已经被删除。当数组没有更多空间存储数据时，我们再触发执行一次真正的删除操作，这样就大大减少了删除操作导致的数据搬移。
JVM标记清除垃圾回收算法的核心思想：先进行标记垃圾，等到内存可分配空间不足时，再出发一次垃圾回收清除标记的待回收对象即可。

警惕数组越界

容器PK数组：

什么时候用容器？ArrayList

rrayList 最大的优势就是可以将很多数组操作的细节封装起来。比如前面提到的数组插入、删除数据时需要搬移其他数据等。另外，它还有一个优势，就是支持动态扩容。每次存储空间不够的时候，它都会将空间自动扩容为 1.5 倍大小。
扩容操作涉及内存申请和数据搬移，比较耗时。如果事先能确定需要存储的数据大小，最好在创建 ArrayList 的时候事先指定数据大小。

ArrayList<User> users = new ArrayList(10000);
for (int i = 0; i < 10000; ++i) {users.add(xxx);
}

什么时候用数组？

.Java ArrayList 无法存储基本类型，比如 int、long，需要封装为 Integer、Long 类，而 Autoboxing、Unboxing 则有一定的性能消耗，所以如果特别关注性能，或者希望使用基本类型，就可以选用数组。
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
表示多维数组时，用数组往往会更加直观

总结：对于常规业务开发，使用容器更省时省力。损失一点性能，不会影响整体系统性能；如果是做底层开发比如网络模型框架、极致的性能优化等情况，数组优于容器。

线性表

线状数据
线性表上的数据最多只有前和后两个方向
线性表除了数组还有：栈、队列、链表

非线性表

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

为什么多数编程语言中，数组下标编号从0开始？

根据寻址公式，下标的确切定义是“偏移量”。首地址就是偏移量为0的位置，a【k】就表示偏移k个单位，这样使得寻址公式

a[k]_address = base_address + k * type_size简洁；否则从1开始计算，那么访问a【k】的寻址共识就变为
a[k]_address = base_address + (k-1)*type_size，对于底层cpu来说，多了一次减法指令运算。数组作为基础底层结构，效率的优化要做到极致。因为为了减少这一次减法操作，数组选择从0开始编号。