数组 - 技术栈

数组

数组，是线性数据结构，相同类型元素存储在连续的内存空间 ，我们将元素在数组中的位置称为索引

数组常用操作

初始化数组

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/* 初始化数组 */
var arr [5]int
// 指定长度时（[5]int）为数组，不指定长度时（[]int）为切片
// 为了方便实现扩容 extend() 方法，在go中都将切片看作数组
nums := []int{1, 3, 2, 5, 4}

访问元素

数组元素被存储在连续的内存空间中，意味着获取数组元素的内存地址非常容易。

索引本质上是内存地址的偏移量

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/* 随机访问元素 */
func randomAccess(nums []int) (randomNum int) {
    randomIndex := rand.Intn(len(nums))
    // 获取并返回随机元素
    randomNum = nums[randomIndex]
    return
}

插入元素

在数组中间插入一个元素，需要将该元素之后的所有元素都向后移动一位，之后再把元素赋值给该索引。

由于数组的长度是固定的，因此插入一个元素必定会导致数组尾部元素"丢失"。

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/* 在数组的索引 index 处插入元素 num */
func insert(nums []int, num int, index int) {
    // 把索引 index 以及之后的所有元素向后移动一位
    for i := len(nums) - 1; i > index; i-- {
        nums[i] = nums[i-1]
    }
    // 将 num 赋给 index 处的元素
    nums[index] = num
}

删除元素

想删除索引处的元素，则需要把索引之后的元素都向前移动一位。

删除元素完成后，原先末尾元素变得"无意义"了，所以无须特意去修改它。

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/* 删除索引 index 处的元素 */
func remove(nums []int, index int) {
    // 把索引 index 之后的所有元素向前移动一位
    for i := index; i < len(nums)-1; i++ {
        nums[i] = nums[i+1]
    }
}

遍历数组

我们可以通过索引遍历数组，也可以直接遍历获取数组中的每个元素

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/* 遍历数组 */
func traverse(nums []int) {
    count := 0
    // 通过索引遍历数组
    for i := 0; i < len(nums); i++ {
        count += nums[i]
    }
    count = 0
    // 直接遍历数组元素
    for _, num := range nums {
        count += num
    }
    // 同时遍历数据索引和元素
    for i, num := range nums {
        count += nums[i]
        count += num
    }
}

查找元素

数组中查找指定元素需要遍历数组，每轮判断元素值是否匹配，匹配则输出对应索引。

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/* 在数组中查找指定元素 */
func find(nums []int, target int) (index int) {
    index = -1
    for i := 0; i < len(nums); i++ {
        if nums[i] == target {
            index = i
            break
        }
    }
    return
}

扩容数组

数组的长度是不可变的，在扩容数组时往往选择把原数组元素依次复制到新数组

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/* 扩展数组长度 */
func extend(nums []int, enlarge int) []int {
    // 初始化一个扩展长度后的数组
    res := make([]int, len(nums)+enlarge)
    // 将原数组中的所有元素复制到新数组
    for i, num := range nums {
        res[i] = num
    }
    // 返回扩展后的新数组
    return res
}

数组的优点与局限性

优点

空间效率高：数组为数据分配了连续的内存块，无须额外的结构开销。

支持随机访问：数组允许在 O(1)时间内访问任何元素。
缓存局部性：当访问数组元素时，计算机不仅会加载它，还会缓存其周围的其他数据，从而借助高速缓存来提升后续操作的执行速度。

缺点

插入与删除效率低：当数组中元素较多时，插入与删除操作需要移动大量的元素。
长度不可变：数组在初始化后长度就固定了，扩容数组需要将所有数据复制到新数组，开销很大。
空间浪费：如果数组分配的大小超过实际所需，那么多余的空间就被浪费了。