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[学习笔记] 05、为什么很多编程语言中数组都从0开始编号?

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发表于 2019-10-8 17:25:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
05、为什么很多编程语言中数组都从0开始编号?


数组
(Array)是一种线性表数据结构。它用一组连续的内存空间,来存储一组具有相同类型的数
线性表就是数据排成像一条线一样的结构。每个线性
表上的数据最多只有前和后两个方向。其实除了数组,链表、队列、栈等也是线性表结构

非线性表,比如二叉树、堆、图等。之所以叫非线性,是因为,在非线性
表中,数据之间并不是简单的前后关系。

连续的内存空间和相同类型的数据。正是因为这两个限制,它才有了一个堪称“杀手
锏”的特性:“随机访问”。但有利就有弊,这两个限制也让数组的很多操作变得非常低效,比如
要想在数组中删除、插入一个数据,为了保证连续性,就需要做大量的数据搬移工作

为什么大多数编程语言中,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(offffset)”。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


数组用一块连续的内存空间,
来存储相同类型的一组数据,最大的特点就是支持随机访问,但插入、删除操作也因此变得比较
低效,平均情况时间复杂度为 O(n)。在平时的业务开发中,我们可以直接使用编程语言提供的
容器类,但是,如果是特别底层的开发,直接使用数组可能会更合适







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