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数据结构之数组

数据结构之数组

作者: 陈盼同学 | 来源:发表于2021-05-14 09:12 被阅读0次

(注释:整篇数据结构与算法文集,部分总结于王争的《数据结构与算法之美》和李明杰的《恋上数据结构与算法》,加上自己的理解,所以出了这个文集,仅做个人笔记记录所用。如你需要,请购买他们的正版资源,支持他们的原创)

线性表

线性表是具有 n 个相同类型元素的有限序列( n ≥ 0 )。每个线性表上的数据最多只有前和后两个方向。数组,链表、队列、栈、哈希表等也是线性表结构。

数组

数组是一种顺序存储的线性表,所有元素的内存地址是连续的

在大部分编程语言中,数组都是从 0 开始编号的,但你是否下意识地想过,为什么数组要从 0 开始编号,而不是从 1 开始呢?

从数组存储的内存模型上来看,“下标”最确切的定义应该是“偏移(offset)”。前面也讲到,如果用 a 来表示数组的首地址,a[0]就是偏移为 0 的位置,也就是首地址,a[k]就表示偏移 k 个 type_size 的位置,所以计算 a[k]的内存地址只需要用这个公式:

a[k]_address = base_address + k * type_size

但是,如果数组从 1 开始计数,那我们计算数组元素 a[k]的内存地址就会变为:

a[k]_address = base_address + (k-1)*type_size

对比两个公式,我们不难发现,从 1 开始编号,每次随机访问数组元素都多了一次减法运算,对于 CPU 来说,就是多了一次减法指令。
数组作为非常基础的数据结构,通过下标随机访问数组元素又是其非常基础的编程操作,效率的优化就要尽可能做到极致。所以为了减少一次减法操作,数组选择了从 0 开始编号,而不是从 1 开始。
不过我认为,上面解释得再多其实都算不上压倒性的证明,说数组起始编号非 0 开始不可。所以我觉得最主要的原因可能是历史原因。
C 语言设计者用 0 开始计数数组下标,之后的 Java、JavaScript 等高级语言都效仿了 C 语言,或者说,为了在一定程度上减少 C 语言程序员学习 Java 的学习成本,因此继续沿用了从 0 开始计数的习惯。实际上,很多语言中数组也并不是从 0 开始计数的,比如 Matlab。甚至还有一些语言支持负数下标,比如 Python。

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