1、数组

1.1、数组定义

数组对应的英文是array，是有限个相同类型的变量所组成的有序集合，数组中的每一个变量被称为元素。

以整型数组为例，数组的存储形式如下图所示。

数组中的每一个元素也有着自己的下标，只不过这个下标从0开始，一直到数组长度-1。

数组的另一个特点，是在内存中顺序存储，因此可以很好地实现逻辑上的顺序表。

数组在内存中的顺序存储，具体是什么样子呢？

内存是由一个个连续的内存单元组成的，每一个内存单元都有自己的地址。在这些内存单元中，有些被其他数据占用了，有些是空闲的。

数组中的每一个元素，都存储在小小的内存单元中，并且元素之间紧密排列，既不能打乱元素的存储顺序，也不能跳过某个存储单元进行存储。

在上图中，橙色的格子代表空闲的存储单元，灰色的格子代表已占用的存储单元，而红色的连续格子代表数组在内存中的位置。

1.2、数组的基本操作

1.2.1、读取元素

对于数组来说，读取元素是最简单的操作。由于数组在内存中顺序存储，所以只要给出一个数组下标，就可以读取到对应的数组元素。

像这种根据下标读取元素的方式叫作随机读取。

int[] array = new int[]{3,5,6,9};
//打印下标为1的元素
System.out.println(array[1]);

1.2.2、更新元素

要把数组中某一个元素的值替换为一个新值，也是非常简单的操作。直接利用数组下标，就可以把新值赋给该元素。

int[] array = new int[]{3,5,6,9};
//给下标为1的元素重新赋值
array[1] = 10;
//打印下标为1的元素
System.out.println(array[1]);

数组读取元素和更新元素的时间复杂度都是O（1）。

1.2.3、插入元素

插入数组元素的操作存在3种情况：

尾部插入
中间插入
超范围插入
尾部插入，是最简单的情况，直接把插入的元素放在数组尾部的空闲位置即可，等同于更新元素的操作。

中间插入，稍微复杂一些。由于数组的每一个元素都有其固定下标，所以不得不首先把插入位置及后面的元素向后移动，腾出地方，再把要插入的元素放到对应的数组位置上。

代码实现如下：

public class Demo {private int[] array;private int size;public Demo(int capacity){array = new int[capacity];size = 0;}/*** 数组插入元素* @param element* @param index*/public void insert(int element,int index){//判断访问下标是否超出范围if (index < 0 || index > size){throw new IndexOutOfBoundsException("数组下标越界....");}//从右向左循环，将元素逐个向右挪1位for (int i = size - 1; i >= index; i--) {array[i+1] = array[i];}//腾出的位置放入新元素array[index] = element;size ++;}
}

超范围插入，假如现在有一个长度为6的数组，已经装满了元素，这时还想插入一个新元素。

这就涉及数组的扩容了。可是数组的长度在创建时就已经确定了。这该如何是好呢？

此时可以创建一个新数组，长度是旧数组的2倍，再把旧数组中的元素统统复制过去，这样就实现了数组的扩容。

代码如下：

public class Demo {private int[] array;private int size;public Demo(int capacity){array = new int[capacity];size = 0;}/*** 数组插入元素* @param element* @param index*/public void insert(int element,int index){//判断访问下标是否超出范围if (index < 0 || index > size){throw new IndexOutOfBoundsException("数组下标越界....");}//从右向左循环，将元素逐个向右挪1位for (int i = size - 1; i >= index; i--) {array[i+1] = array[i];}//腾出的位置放入新元素array[index] = element;size ++;}/*** 数组扩容*/public void resize(){int[] arrayNew = new int[array.length * 2];//从旧数组复制到新数组System.arraycopy(array,0,arrayNew,0,array.length);array = arrayNew;}}

1.2.4、删除元素

数组的删除操作和插入操作的过程相反，如果删除的元素位于数组中间，其后的元素都需要向前挪动1位。

代码实现如下：

public class Demo {private int[] array;private int size;public Demo(int capacity){array = new int[capacity];size = 0;}public int delete(int index){//判断访问下标是否超出范围if (index < 0 || index >= size){throw new IndexOutOfBoundsException("数组下标越界...");}int deleteElement = array[index];//从左向右循环，将元素逐个向左挪1位for (int i = index; i < size - 1; i++) {array[i] = array[i + 1];}size --;return deleteElement;}
}

插入操作，数组扩容的时间复杂度是O（n），插入并移动元素的时间复杂度也是O（n），综合起来插入操作的时间复杂度是 O（n）。至于删除操作，只涉及元素的移动，时间复杂度也是O（n）。

1.3、数组的优势和劣势

数组拥有非常高效的随机访问能力，只要给出下标，就可以用常量时间找到对应元素。有一种高效查找元素的算法叫作二分查找，就是利用了数组的这个优势。

至于数组的劣势，体现在插入和删除元素方面。由于数组元素连续紧密地存储在内存中，插入、删除元素都会导致大量元素被迫移动，影响效率。

总的来说，数组所适合的是读操作多、写操作少的场景。

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