数组,你不一定了解的全面

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在上一章节中已经对数据结构的基本概念有了了解,主要就是数据结构研究的三个方面(逻辑结构、存储结构、算法)。还有两个重要的词汇:时间效率和空间效率。这一节开始了解最基本的数据结构-数组。

一、数组的基本概念

1、什么是数组?

在平时使用最多的恐怕就是数组了吧,

它是使用最广泛的一种数据结构,它是相同数据类型(可以是基本类型也可以是自定义类型)的元素按一定顺序排列的集合,它们在内存中按照这个先后顺序连续存放在一起。有一维数组,二维数组,多维数组。

通俗的理解就是我们一般把一群羊或者一群牛放在一个圈里面,这个圈就相当于数组容器,每一个羊相当于一个元素。

以上这个概念需要知道这几个词汇:相同数据类型、一定顺序排列、集合、内存先后存放。

2、如何声明一个数组

从标题就可以看到,声明和创建一个数组是两个不同的过程。声明的作用就好像是告诉别人我要去洗澡,创建的作用就好像是我真正的去洗澡了(比喻不当哈哈)。那如何声明数组呢?

 int[] students ;
 int students [];

从上面我们看到这里有两种方式,但一般推荐第一种。毕竟第一种看起来可读性更好一点。

3、如何创建一个数组

在我们知道了如何声明数组之后,接下来就是我们如何创建一个数组。不同的语言创建一个数组的方式还是不一样的,但是大体上一样,这里给出java的几种方式。

//第一种:
int [] students = new  int[50];
//第二种:
String [] colors =  {"red","blue","black"};

从上面可以发现创建一个数组如此简单,别急,这三种方式里面其实还是有很多知识点需要掌握的。其实数组的创建其中有一个环节叫做数组的初始化。举个例子,我创建了一个数组,但是一开始数组容器里面可能还没有这些值。那什么时候才有了这些值呢?也就是系统什么时候把我声明的那些red、blue等等装到数组容器里面的呢?这个过程就是数组的初始化。数组是如何初始化的呢?

数组的初始化分为静态初始化、动态初始化:

  • 静态初始化:数组在初始化时由程序员显式指定每个数组元素的初始值。而数组长度由系统决定。在上面创建数组的那三种方式中,第三种就是静态初始化。第二种也是,但是属于静态初始化的简化方式。
  • 动态初始化:动态初始化时则必须指定元素个数。动态初始化时数组元素个数未知因此必须指定。上面第一种就是。

4、数组的分类

可能看到这个标题有一个疑问,数组还有分类吗?不就是把相同类型的元素放在一起嘛。其实不然。下面给你好好的分一下类:

**按照是否有序分:**有序数组和无序数组。

按照数组能否扩容分:静态数组和动态数组。

先来看静态数组:在编译期间在栈中分配好内存的数组,在运行期间不能改变存储空间,运行后由系统自动释放。

再来看动态数组:动态数组,是相对于静态数组而言。静态数组的长度是预先定义好的,在整个程序中,一旦给定大小后就无法改变。而动态数组则不然,它可以随程序需要而重新指定大小。动态数组的内存空间是从堆(heap)上分配(即动态分配)的。是通过执行代码而为其分配存储空间。当程序执行到这些语句时,才为其分配。程序员自己负责释放内存。

java中动态数组的原理

现有一个数组:

int [] data = new int[5];

数组,你不一定了解的全面

该数组已经无法继续添加元素了,所以我们再初始化一个新的数组,其容量为10,即数组arr容量的2倍:int [] newData = new int [10];

数组,你不一定了解的全面

然后将原数组的所有元素全部都赋值给新的数组。

数组,你不一定了解的全面

再将原数组的引用 arr指向 新的数组。

数组,你不一定了解的全面

静态数组和动态数组的比较:

对于静态数组,其创建非常方便,使用完也无需释放,要引用也简单,但是创建后无法改变其大小是其致命弱点!对于动态数组,其创建麻烦,使用完必须由程序员自己释放,否则严重会引起内存泄露。但其使用非常灵活,能根据程序需要动态分配大小。

二、数组的特点

在上面掌握了其基本概念之后,再来看一下数组有什么特点,数组的特点也是根据其分类来的,比如说有序数组其特点肯定就是有序,我们方便查找数据,无序的我们方面插入删除数据这些。所以这里讲的特点是所有数组共有的特点,也就是一般性特点:又回到了之前发过的文章,特点就是来看时间效率和空间效率的。

1.数组的长度固定的,超过长度时,只能创建一个新的数组,并把旧的数组的值传进去方可;

2.数组的存储类型是单一的,同一数组只能存储同一数据类型的数据。

3.数组只能通过下标来访问数据

三、数组的使用场景

数组较容器,最大的优点就是效率。在Java中,数组是一种效率最高的存储和随机访问对象引用序列的方式,数组就是一个简单的线性序列,这使得元素访问非常快速, 数组的优点是效率高,但为此,所付出的代价就是数组对象的大小被固定。这也使得在工作中,数组并不实用。我们应该优选java中的容器,而不是数组。

四、数组的底层实现

这里的底层实现也是相比较于java语言来说的,比如在以后的文章里面,像链表这样的数据结构我也会配合Java中链表实现的容器来配合着说。

Java提供了很棒的集合API和集合类如:ArrayList、HashMap,他们内部都是基于数组。java如果程序尝试访问无效的数组索引的话jvm会抛出ArrayIndexOutOfBoundException。

Java语言中,数组的实现原理是什么?

这个涉及到编译原理的问题,我只能说,这是一个编译规范。在规范中比如:int[]中的int告诉计算机这是一个整型数据,[]告诉计算机这是一个连续存储的内存地址空间,简单点说一个连续数据的存储空间就是数组,数组只是一个名称!!数组在Java里是一种特殊类型,有别于普通的“类的实例”的对象。

以HotSpot VM为例,答案是在数组对象的对象头里有一个length字段,记录数组长度。arraylength字节码的实现只要去读那个_length字段即可。JVM 中数组对象是一种特殊的对象,它的Object Header 比普通对象多了一个word 来存储数组的长度,length 会编译成对应的字节码读取这个field 就可以了。

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原文始发于微信公众号(愚公要移山):数组,你不一定了解的全面