数组是最好的数据结构

引言

数据结构在编程领域中对于有效地组织和操作数据至关重要。在各种数据结构中，数组因其简单性、多功能性和广泛使用而占有特殊地位。

数组简介

数组是内存中彼此紧密相邻的同类型元素的集合。它们提供了一种访问和存储预定数量元素的实用且有效的方法。由于数组索引从 0 开始，因此可以通过位置轻松访问特定元素。

int numbers[] = {1, 2, 3, 4, 5};

高效的数据访问

数组的主要优势之一是其高效的数据访问。在数组中，元素在内存中是连续存储的，可以确保根据其索引进行直接而快速的访问。这种简单性和效率使得数组非常适合需要频繁随机访问的场景。

例如，考虑一个存储班级学生身高的数组。使用数组，只需指定索引即可在恒定时间内访问特定学生的身高。这种直接访问允许快速检索和操作数据，而无需复杂的遍历或搜索操作。

程序

说明

• 此程序演示了如何在 C++ 中使用数组来存储和访问代表身高的整数集合。
• 程序的入口点是 int main() 函数。它标志着程序执行的开始，并向操作系统提供一个整数值，该值反映了程序的退出状态（0 通常表示成功执行）。
• 在 main() 函数中，声明并初始化了一个名为 heights 的整型数组，其中包含 五个 元素：170、165、175、160 和 180。该数组可以存储整数，大小为 5 个元素（索引 0 到 4）。
• 程序随后使用索引运算符 [] 来检索数组的 第三个 元素。在 C++ 中，数组索引从 0 开始，因此 heights[2] 指的是第三个元素（175），因为索引是基于 0 的。
• 第三个 元素（175）的值存储在变量 thirdHeight 中。
• std::cout 语句用于将文本“Third height: ”打印到控制台。std::endl 用于插入一个换行符。
• 使用 << 运算符将 thirdHeight 的值附加到输出流。

程序输出

随机访问

数组的关键优势之一在于它们能够实现随机访问。由于数组元素位于连续的内存位置，因此使用索引访问元素需要恒定的时间。此功能使用户能够快速检索和修改数据，从而提高整体效率。

无论数组大小如何，访问任何元素所需的时间都相同，因为内存地址计算是一个简单的算术运算。这种效率使得数组非常适合搜索、更新或检索特定元素等操作。

程序

说明

• 此程序演示了如何在 C++ 中使用随机访问来访问数组中的元素。
• 程序的入口点是 int main() 函数。它标志着程序执行的开始，并向操作系统提供一个整数值，该值反映了程序的退出状态（0 通常表示成功执行）。
• 在 main() 函数中，声明并初始化了一个名为 numbers 的整型数组，其中包含 五个 元素：10、20、30、40 和 50。该数组可以存储整数，大小为 5 个元素（索引 0 到 4）。
• 然后，程序通过随机访问来访问数组中的特定元素。通过使用索引和方括号 ([])，可以随机访问数组中的任何元素。在此实例中，使用 numbers[0] 和 numbers[2] 分别检索第一个元素（索引 0）和第三个元素（索引 2）。
• 第一个和第三个元素的值分别存储在变量 firstNumber 和 thirdNumber 中。
• std::cout 语句用于将文本“First Number: ”和“Third Number: ”打印到控制台。std::endl 用于插入一个换行符。
• 使用 << 运算符将 firstNumber 和 thirdNumber 的值附加到输出流。

程序输出

易于迭代

数组提供了一种直接迭代所有元素的方法。通过使用循环，您可以按顺序访问每个元素，从而可以轻松执行搜索、排序或对整个数组应用转换等操作。

例如，假设您想计算数组元素的总和。通过遍历数组元素并将它们相加，您可以轻松获得所需的结果。

程序

说明

• 此程序演示了如何在 C++ 中使用数组来计算其元素的总和。
• 程序的入口点是 int main() 函数。它标志着程序执行的开始，并向操作系统提供一个整数值，该值反映了程序的退出状态（0 通常表示成功执行）。
• 在 main() 函数中，声明并初始化了一个名为 numbers 的整型数组，其中包含 五个 元素：10、20、30、40 和 50。该数组可以存储整数，大小为 5 个元素（索引 0 到 4）。
• 声明了一个名为 sum 的变量并将其初始化为 0。此变量将存储数组元素的总和。
• 然后，程序开始一个 for 循环来遍历 numbers 数组的元素。循环开始时，i 初始化为 0，只要 i 小于 5，循环就会一直运行。每次迭代后，i 都会增加 1。
• 在循环内部，语句 sum += numbers[i]; 将当前元素（numbers[i]）的值加到 sum 变量中。+= 运算符是将其右侧的值加到左侧并将结果分配回左侧的简写表示法。
• 循环完成后，程序继续执行下一行。
• std::cout 语句用于将文本“Sum of array elements: ”打印到控制台。std::endl 用于插入一个换行符。
• 使用 << 运算符将 sum 的值附加到输出流。

程序输出

固定大小的存储

数组的大小是固定的，这可以确保高效的内存分配。通过分配一个连续的内存块，数组消除了对额外内存管理操作的需求。当元素数量已知或保持不变时，这种固定大小的属性是有利的。

例如，如果您需要存储一年中每个月的温度，您可以创建一个大小为 12 的数组，其中每个索引代表一个月。这种固定大小的分配简化了数据的存储和访问，而不会产生动态内存分配的开销。

程序

说明

• 此程序允许用户输入一年中每个月的温度，然后显示输入的温度。
• 程序的入口点是 int main() 函数。它标志着程序执行的开始，并向操作系统提供一个整数值，该值反映了程序的退出状态（0 通常表示成功执行）。
• 声明了一个名为 MONTHS 的常量整数变量，并为其赋值 12。此变量表示一年中的月份数，用于确定 temperatures 数组的大小。
• 声明了一个名为 temperatures 的数组，其大小等于 MONTHS。该数组的类型为 double，允许它存储代表温度的小数值。
• 然后，程序进入一个 for 循环来遍历 temperatures 数组的元素。循环开始时，i 的初始值设置为 0，只要 i 小于 MONTHS，循环就会运行。每次迭代后，i 都会增加 1。
• 在循环内部，语句 std::cout << "Enter temperature for month " << i + 1 << ": "; 用于向用户显示一个提示，要求他们输入当前月份的温度。用户输入的值使用 std::cin 的 >> 运算符存储在 temperatures 数组的相应元素中。
• 循环完成后，程序继续执行下一行。
• 使用另一个 for 循环来显示存储在 temperatures 数组中的温度。它以与前一个循环相同的方式遍历数组的元素。
• 在此循环内部，语句 std::cout << temperatures[i] << " "; 用于打印每个温度值，后面跟一个空格字符。

程序输出

简单性和熟悉度

数组是编程课程中教授的基础数据结构之一，因此所有级别的开发人员都对它们很熟悉。凭借其简单的语法和可预测的行为，数组为初学者理解数据结构和算法提供了一个绝佳的起点。

此外，数组可以使用内置的语言结构和库轻松进行操作。包括 C++ 在内的许多编程语言都提供了广泛的与数组相关的函数和操作，例如排序、搜索和复制数组，进一步增强了它们的易用性。

程序

说明

• 此程序演示了如何在 C++ 中使用库中的 std::sort 函数按升序对整型数组进行排序。
• 程序的入口点是 int main() 函数。它标志着程序执行的开始，并向操作系统提供一个整数值，该值反映了程序的退出状态（0 通常表示成功执行）。
• 在 main() 函数中，声明并初始化了一个名为 numbers 的整型数组，其中包含 五个 元素：5、3、1、4 和 2。该数组可以存储整数，大小为 5 个元素（索引 0 到 4）。
• 调用 std::sort 函数对 numbers 数组进行排序。
• 它需要两个参数：第一个是要排序的范围的起始地址（在此例中为 numbers 范围）。
• 第二个参数是要排序的范围的结束地址（在此例中为 numbers + 5，它指向数组末尾之后的一个元素）。使用 std::sort 函数将数组的元素按升序排列。
• 对数组进行排序后，程序继续执行下一行。
• 为了显示已排序的 numbers 数组的内容，使用了另一个 for 循环。与之前的循环类似，它遍历数组的元素。
• 在此循环内部，语句 std::cout << numbers[i] << " "; 用于打印已排序数组的每个元素，后面跟一个空格字符。

程序输出

结论

数组在编程领域中占有不可或缺的地位，提供了无与伦比的好处。它们的简单性、随机访问能力、内存效率和算法效率使它们成为无数编程任务的可靠选择。

在通过索引访问元素方面，数组具有简单性和效率。由于其连续的内存分配，数组中成员的访问时间复杂度为 O(1)。这使得数组非常适合随机访问是常见操作且集合大小固定的场景。此外，数组通常用于实现其他数据结构和算法。

尽管其他数据结构各有优点，但在各种场景中，数组仍然是首选解决方案。掌握数组及其特性，能够让我们编写出高效且经过优化的代码。

此外，对于涉及频繁调整大小或基于非数字键搜索元素的场景，数组可能不是理想的选择。在这种情况下，链表、哈希表或树等其他数据结构可能更合适。

最终，选择最佳数据结构取决于手头问题的具体要求和权衡。考虑诸如所需操作类型、数据预期大小、动态调整大小的需求以及效率要求等因素，以确定最合适的数据结构至关重要。