数据结构与算法--01数组：为什么大多编程语言中数组从0开始编号？

一、数组特性

  1.数组本质上是一种线性表数据结构，用一组连续的内存空间来存储一组具有相同类型的数据。除了数组，链表、队列、栈等也是线性表结构。相对线性表的是非线性表，包括二叉树、堆、图等，其结构并不是简单的前后关系。

  2.连续的内存空间和相同类型的数据。

  正是这两个特性，使得数组具有“随机访问”的特性，但也具有操作低效的弊端。

二、数组访问越界问题

直接上代码：

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;
}

  这段代码的运行结果并非是打印三行“hello word”，而是会无限打印“hello world”，这是为什么呢？数组访问越界。
  我们知道，在C语言中，只要不是访问受限的内存，所有的内存空间都是可以自由访问的，那么a[3]就会被定位到某块不属于数组的内存地址上，而这个地址正好是存储变量i的内存地址，那么a[3]=0就相当于i=0，所以会导致无限循环。

三、数组与容器

  针对数组类型，很多语言提供了容器类，比如Java中的ArrayList、C++STL中的vector，那么何时使用它们呢？

• ArrayList优势：可以将很多数组操作的细节封装起来、支持动态扩容，每次存储空间不够时，它会将空间自动扩容为1.5倍大小。
• ArrayList缺点：正因为扩容操作，会涉及内存申请和数据搬移，是比较耗时的。所以，如果事先能确定需要存储的数据大小，最好在创建 ArrayList 的时候事先指定数据大小。
• 数组优势：可以存储基本类型，如int、long，而ArrayList则需要封装为Integer、Long类。
• 如果数据大小事先已知，并且对数据的操作非常简单，用不到 ArrayList 提供的大部分方法，也可以直接使用数组。
• 表示多维数组时，用数组往往比较直观。

  总结：对于业务开发，直接使用容器就足够了，省时省力。毕竟损耗一点性能，完全不会影响到系统整体的性能。但如果你是做一些非常底层的开发，比如开发网络框架，性能的优化需要做到极致，这个时候数组就会优于容器，成为首选。

四、回到开篇

  为什么很多编程语言中数组从0开始编号？

• 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，因此会涉及减法操作。那么从0开始编号能够减少一次减法操作，以提升处理效率。
• 历史原因，习惯问题。

五、总结

  数组可以说是最基础、最简单的数据结构了。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。