【學(xué)習(xí)筆記】《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法之美》基礎(chǔ)篇:數(shù)組

2. 基礎(chǔ)篇

2.1. 數(shù)組:從 0 開始編號

  1. 數(shù)組尋址用到偏移量蔚叨,a[0] 為偏移為 0 的首地址,a[k] 為偏移 k 個(gè) type_size 的位置,若從 1 開始編號,a[k]的位置變?yōu)槠?k-1豁跑,多了一次減法運(yùn)算
a[k]_address = base_address + k * type_size

數(shù)組作為非常基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)泻云,通過下標(biāo)隨機(jī)訪問數(shù)組元素又是其非惩模基礎(chǔ)的編程操作,效率的優(yōu)化就要盡可能做到極致宠纯。所以為了減少一次減法操作卸夕,數(shù)組選擇了從 0 開始編號,而不是從 1 開始

  1. 歷史原因婆瓜,Java快集、JavaScript 沿用 C 語言從 0 開始計(jì)數(shù)的習(xí)慣,降低程序員學(xué)習(xí)的成本
  • Matlab 數(shù)組下標(biāo)從 1 開始
  • Python 數(shù)組下標(biāo)從 0 開始勃救,但 -1 表示最后一行元素


數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型

線性表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).jpg
非線性表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).jpg


數(shù)組(Array)

  1. 線性表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
  2. 連續(xù)的內(nèi)存空間
  3. 相同類型的數(shù)據(jù)

2 + 3 → 數(shù)組支持隨機(jī)訪問,根據(jù)下標(biāo)隨機(jī)訪問的時(shí)間復(fù)雜度為O(1)


低效的插入與刪除:平均時(shí)間復(fù)雜度為 O(n)

  • 插入操作無序情況下治力,插入到第 k 個(gè)位置蒙秒,可把原來第 k 個(gè)位置的元素移動(dòng)到數(shù)組末尾,如此時(shí)間復(fù)雜度為O(1)

  • 刪除操作記錄元素已刪除宵统,當(dāng)數(shù)組滿后再真正執(zhí)行搬移數(shù)據(jù)的操作(批量刪除
    :JVM 標(biāo)記清除垃圾回收算法晕讲,缺點(diǎn):產(chǎn)生內(nèi)存碎片


很多時(shí)候我們并不是要去死記硬背某個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或者算法覆获,而是要學(xué)習(xí)它背后的思想和處理技巧,這些東西才是最有價(jià)值的瓢省。


數(shù)組越界問題

int main(int argc, char* argv[]){
    int i = 0;
    int arr[3] = {0};
    for(; i<=3; i++){
        arr[i] = 0;
        printf("hello world\n");
    }
    return 0;
}

若編譯器按照內(nèi)存地址遞減的方式分配內(nèi)存弄息,局部變量連續(xù)壓棧,arr[3] 越界訪問到變量 i勤婚,將其重置為 0

數(shù)組越界在 C 語言 中是一種未決行為摹量,但 Java 會做越界檢查


容器:封裝操作細(xì)節(jié)

  • C++ STL 中的vector
  • Java 中的 ArrayList

容器的優(yōu)勢

  1. ArrayList封裝數(shù)組操作細(xì)節(jié)
  2. ArrayList支持動(dòng)態(tài)擴(kuò)容,缺點(diǎn):耗時(shí)馒胆,建議指定數(shù)據(jù)大小

數(shù)組的不可替代之處

  1. ArrayList無法存儲基本類型缨称,需封裝為類,造成性能消耗
  2. 數(shù)據(jù)大小已知且操作簡單的情況下祝迂,直接使用數(shù)組較為方便
  3. 多維數(shù)組的定義更直觀睦尽,容器套容器過于復(fù)雜,Object[][] array VS. ArrayList< ArrayList < object> > array


總結(jié)

  • 業(yè)務(wù)開發(fā)用容器型雳,損耗部分不影響整體
  • 底層開發(fā)用數(shù)組当凡,優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)框架的性能

引申

  1. for (int i = 0; i < n; i++) 的寫法,比起 for (int i = 0; i <= n - 1; i++)纠俭,能夠直接看出有 n - 0 = n 個(gè)數(shù)據(jù)沿量,更為直觀

  2. 二維數(shù)組 a[m][n] 的內(nèi)存尋址公式

a[i][j]_address = base_address + (i * n + j) * type_size
  1. JVM 標(biāo)記清除算法:運(yùn)行在 JVM 上的 Java 程序,若堆內(nèi)存被耗盡柑晒,則 GC 線程被觸發(fā)并將程序暫停欧瘪,執(zhí)行標(biāo)記/清除,再讓程序恢復(fù)運(yùn)行
  • 標(biāo)記:遍歷所有的 GC Roots匙赞,將所有 GC Roots 可達(dá)的對象標(biāo)記為存活
  • 清除:遍歷堆中所有對象佛掖,將沒有標(biāo)記的對象清除

缺點(diǎn):1.效率問題,標(biāo)記和清除過程效率不高涌庭;2.空間問題芥被,產(chǎn)生不連續(xù)的內(nèi)存空間碎片


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