数组

数组是一个线性表数据结构。它用一段连续的内存地址空间，来存储一些相同类型的数据。 从上面的定义，我们不难看出几个关键词。

线性表：顾名思义，线性表就是数据排列成一条线的数据结构。每一个线性表只有前后两个方向。队列、链表、数组、栈都是线性表结构。

连续的内存空间和相同类型的数据：正是因为有了这两个限制，才使数组有了，可以根据数组的下标随机访问的特性。但是也因为连续的内存空间的限制，导致数组在进行删除和插入操作的时候，非常的低效。

如何进行数组的随机访问？

首先我们定义一个数组是，例如： int[]a=newint[10],当我们定义的时候，计算机会给数组a[]分配一块连续的内存地址。当我通过数组下标去访问时，计算机会通过寻址公式 a[i]_address=base_address+i*data_type_size计算出数据在内存中的地址，进行访问。其中，baseaddress是内存首地址，datatypesize表示数组每个元素的大小。比如：啊a[]是int类型，所以datatype_size，就是4个字节。

数组的插入和删除

为了保证数组的连续内存空间性，在对中间的元素进行插入和删除的时候，需要将数组中其他元素移动位置。这样的做法会浪费一些性能，与链表的插入和删除相比，十分低效。

在一个有序的数组中，往下标为3的位置插入元素，需要将下标4到末尾的数据整体向后挪移。如果在一个无序的数组中，往下标为3的位置插入元素，最好的办法是将下标为3的元素放到数组的末尾，再将元素插入，减少元素挪到带来的性能损耗。

和插入类似，删除数组中的一个元素，为了保证内存空间的连续性，需要进行数据的挪移。我们也可以记录下每次删除的元素，但不真正的去删除挪移元素，到数组已经满了以后，再进行一次进行数据的删除挪移。这样可以大大减少元素搬移带来的性能消耗。有点像垃圾回收机制。

数组和容器

在JAVA中提供了数组的类型的容器,比如：ArrayList。那么数组和ArrayList有哪些优缺点呢？

ArrayList最大的优点是将数组的插入、删除和查询等一些操作进行了封装，在使用的时候不需要考虑元素的搬移。另一个比较大的优点是，ArrayList支持动态扩容。由于在数组在定义的时候，计算机需要根据数组的大小分配一块连续的内存空间，所以需要提前定义数组的大小。ArrayList在底层进行了自动扩容实现，当元素大于ArrayList大小时，它会将空间扩大到1.5倍大小，然后将数据复制到新的数组。

链表

链表是一种物理存储单元上非连续、非顺序的存储结构，不需要一块连续的内存空间，他通过链表的指针有次序的将零散的内存空间连接。最常见的链表结构有：单链表、双向链表和循环链表。

单链表

单链表顾名思义，它的链表方向是单向的，对于链表的访问只能从头部开始，这也导致了链表的查询效率低下。

上图是一个单向链表，它有两个结点比较特殊，一个是第一个结点，叫头结点，用来记录链表的基结点；另一个是最后一个结点，叫尾结点，它比较特殊，并不是指向下一个结点，而是指向一个NULL地址。

插入和删除

从上面数组我们知道，由于内存空间连续的限制，元素删除和插入需要数据搬移。但是链表的内存空间不需要连续，所以它的插入和删除操作十分的高效。

对于链表的查询，我们只需要相邻结点的指针变化。

上图是一个单向链表的删除过程，从图上我们可以知道，将链表中的元素删除，将这个元素删除，然后，在将前结点的Next指针，指向它的后结点就OK了，十分的高效。插入操作也是类似，将前结点的Next指针指向，插入的元素，将插入的指针，指向它。

循环链表

循环链表是一种特殊的单链表。它与单链表的唯一区别是，尾结点的Next指针不是指向一个Null地址，而是，指向了链表的头结点，形成了一个闭环，达到了循环的目的。其实确切的说这是一种单向循环链表。

双向链表

与上面的单链表不同，双向链表元素之间是双向的，表现形式也比单链表复杂一点。它的每一个结点不止有后继指针Next，还有一个前驱指针Pre。从这一点可知，一个双向链表的结点比单向链表多一个前驱指针，这也意味着它的每一个结点需要更多的空间去存储前驱指针。

插入和删除操作与单向链表类似，只需要处理好前驱指针和后继指针的指向。

单链表和双向链表对比

我们知道，单向链表想要删除一个元素，需要从头部开始查询直到找到该元素，然后进行删除，指针从新指向，在这一点上双向链表和单向链表是一致的。但是我们如果想要删除一个元素的前驱结点，单向链表因为没有前驱指针，需要再从头遍历，消耗时间，双向链表就可以直接找到前驱结点，并删除。

其实这是一种空间换时间的思路。使用了双向链表占用了多的空间，节约了时间。这种在我们内存足够的情况下，优化算法的执行时间有很好的的帮助。

数组与链表的对比

由于内存空间连续性的不同，链表适合插入、删除操作，而数组则更加适合根据下标的查询。

本文是数据结构和算法学习的开篇文章，希望大家可以和我一起学习成长，早日找到自己想要的生活。

我是方褚，一个努力成长的程序员。