56 KiB

Raw Blame History Unescape Escape

comments
true

4.1 数组

「数组 array」是一种线性数据结构，其将相同类型的元素存储在连续的内存空间中。我们将元素在数组中的位置称为该元素的「索引 index」。图 4-1 展示了数组的主要概念和存储方式。

{ class="animation-figure" }

图 4-1 数组定义与存储方式

4.1.1 数组常用操作

1. 初始化数组

我们可以根据需求选用数组的两种初始化方式：无初始值、给定初始值。在未指定初始值的情况下，大多数编程语言会将数组元素初始化为 0 ：

=== "Python"

```python title="array.py"
# 初始化数组
arr: list[int] = [0] * 5  # [ 0, 0, 0, 0, 0 ]
nums: list[int] = [1, 3, 2, 5, 4]  
```

=== "C++"

```cpp title="array.cpp"
/* 初始化数组 */
// 存储在栈上
int arr[5];
int nums[5] = { 1, 3, 2, 5, 4 };
// 存储在堆上（需要手动释放空间）
int* arr1 = new int[5];
int* nums1 = new int[5] { 1, 3, 2, 5, 4 };
```

=== "Java"

```java title="array.java"
/* 初始化数组 */
int[] arr = new int[5]; // { 0, 0, 0, 0, 0 }
int[] nums = { 1, 3, 2, 5, 4 };
```

=== "C#"

```csharp title="array.cs"
/* 初始化数组 */
int[] arr = new int[5]; // [ 0, 0, 0, 0, 0 ]
int[] nums = [1, 3, 2, 5, 4];
```

=== "Go"

```go title="array.go"
/* 初始化数组 */
var arr [5]int
// 在 Go 中，指定长度时（[5]int）为数组，不指定长度时（[]int）为切片
// 由于 Go 的数组被设计为在编译期确定长度，因此只能使用常量来指定长度
// 为了方便实现扩容 extend() 方法，以下将切片（Slice）看作数组（Array）
nums := []int{1, 3, 2, 5, 4}
```

=== "Swift"

```swift title="array.swift"
/* 初始化数组 */
let arr = Array(repeating: 0, count: 5) // [0, 0, 0, 0, 0]
let nums = [1, 3, 2, 5, 4]
```

=== "JS"

```javascript title="array.js"
/* 初始化数组 */
var arr = new Array(5).fill(0);
var nums = [1, 3, 2, 5, 4];
```

=== "TS"

```typescript title="array.ts"
/* 初始化数组 */
let arr: number[] = new Array(5).fill(0);
let nums: number[] = [1, 3, 2, 5, 4];
```

=== "Dart"

```dart title="array.dart"
/* 初始化数组 */
List<int> arr = List.filled(5, 0); // [0, 0, 0, 0, 0]
List<int> nums = [1, 3, 2, 5, 4];
```

=== "Rust"

```rust title="array.rs"
/* 初始化数组 */
let arr: Vec<i32> = vec![0; 5]; // [0, 0, 0, 0, 0]
let nums: Vec<i32> = vec![1, 3, 2, 5, 4];
```

=== "C"

```c title="array.c"
/* 初始化数组 */
int arr[5] = { 0 }; // { 0, 0, 0, 0, 0 }
int nums[5] = { 1, 3, 2, 5, 4 };
```

=== "Kotlin"

```kotlin title="array.kt"

```

=== "Zig"

```zig title="array.zig"
// 初始化数组
var arr = [_]i32{0} ** 5; // { 0, 0, 0, 0, 0 }
var nums = [_]i32{ 1, 3, 2, 5, 4 };
```

??? pythontutor "可视化运行"

<div style="height: 243px; width: 100%;"><iframe class="pythontutor-iframe" src="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E6%95%B0%E7%BB%84%0Aarr%20%3D%20%5B0%5D%20*%205%20%20%23%20%5B%200,%200,%200,%200,%200%20%5D%0Anums%20%3D%20%5B1,%203,%202,%205,%204%5D&codeDivHeight=472&codeDivWidth=350&cumulative=false&curInstr=0&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false"> </iframe></div>
<div style="margin-top: 5px;"><a href="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E6%95%B0%E7%BB%84%0Aarr%20%3D%20%5B0%5D%20*%205%20%20%23%20%5B%200,%200,%200,%200,%200%20%5D%0Anums%20%3D%20%5B1,%203,%202,%205,%204%5D&codeDivHeight=800&codeDivWidth=600&cumulative=false&curInstr=0&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false" target="_blank" rel="noopener noreferrer">全屏观看 ></a></div>

2. 访问元素

数组元素被存储在连续的内存空间中，这意味着计算数组元素的内存地址非常容易。给定数组内存地址（首元素内存地址）和某个元素的索引，我们可以使用图 4-2 所示的公式计算得到该元素的内存地址，从而直接访问该元素。

{ class="animation-figure" }

图 4-2 数组元素的内存地址计算

观察图 4-2 ，我们发现数组首个元素的索引为 0 ，这似乎有些反直觉，因为从 1 开始计数会更自然。但从地址计算公式的角度看，索引本质上是内存地址的偏移量。首个元素的地址偏移量是 0 ，因此它的索引为 0 是合理的。

在数组中访问元素非常高效，我们可以在 O(1) 时间内随机访问数组中的任意一个元素。

=== "Python"

```python title="array.py"
def random_access(nums: list[int]) -> int:
    """随机访问元素"""
    # 在区间 [0, len(nums)-1] 中随机抽取一个数字
    random_index = random.randint(0, len(nums) - 1)
    # 获取并返回随机元素
    random_num = nums[random_index]
    return random_num
```

=== "C++"

```cpp title="array.cpp"
/* 随机访问元素 */
int randomAccess(int *nums, int size) {
    // 在区间 [0, size) 中随机抽取一个数字
    int randomIndex = rand() % size;
    // 获取并返回随机元素
    int randomNum = nums[randomIndex];
    return randomNum;
}
```

=== "Java"

```java title="array.java"
/* 随机访问元素 */
int randomAccess(int[] nums) {
    // 在区间 [0, nums.length) 中随机抽取一个数字
    int randomIndex = ThreadLocalRandom.current().nextInt(0, nums.length);
    // 获取并返回随机元素
    int randomNum = nums[randomIndex];
    return randomNum;
}
```

=== "C#"

```csharp title="array.cs"
/* 随机访问元素 */
int RandomAccess(int[] nums) {
    Random random = new();
    // 在区间 [0, nums.Length) 中随机抽取一个数字
    int randomIndex = random.Next(nums.Length);
    // 获取并返回随机元素
    int randomNum = nums[randomIndex];
    return randomNum;
}
```

=== "Go"

```go title="array.go"
/* 随机访问元素 */
func randomAccess(nums []int) (randomNum int) {
    // 在区间 [0, nums.length) 中随机抽取一个数字
    randomIndex := rand.Intn(len(nums))
    // 获取并返回随机元素
    randomNum = nums[randomIndex]
    return
}
```

=== "Swift"

```swift title="array.swift"
/* 随机访问元素 */
func randomAccess(nums: [Int]) -> Int {
    // 在区间 [0, nums.count) 中随机抽取一个数字
    let randomIndex = nums.indices.randomElement()!
    // 获取并返回随机元素
    let randomNum = nums[randomIndex]
    return randomNum
}
```

=== "JS"

```javascript title="array.js"
/* 随机访问元素 */
function randomAccess(nums) {
    // 在区间 [0, nums.length) 中随机抽取一个数字
    const random_index = Math.floor(Math.random() * nums.length);
    // 获取并返回随机元素
    const random_num = nums[random_index];
    return random_num;
}
```

=== "TS"

```typescript title="array.ts"
/* 随机访问元素 */
function randomAccess(nums: number[]): number {
    // 在区间 [0, nums.length) 中随机抽取一个数字
    const random_index = Math.floor(Math.random() * nums.length);
    // 获取并返回随机元素
    const random_num = nums[random_index];
    return random_num;
}
```

=== "Dart"

```dart title="array.dart"
/* 随机访问元素 */
int randomAccess(List<int> nums) {
  // 在区间 [0, nums.length) 中随机抽取一个数字
  int randomIndex = Random().nextInt(nums.length);
  // 获取并返回随机元素
  int randomNum = nums[randomIndex];
  return randomNum;
}
```

=== "Rust"

```rust title="array.rs"
/* 随机访问元素 */
fn random_access(nums: &[i32]) -> i32 {
    // 在区间 [0, nums.len()) 中随机抽取一个数字
    let random_index = rand::thread_rng().gen_range(0..nums.len());
    // 获取并返回随机元素
    let random_num = nums[random_index];
    random_num
}
```

=== "C"

```c title="array.c"
/* 随机访问元素 */
int randomAccess(int *nums, int size) {
    // 在区间 [0, size) 中随机抽取一个数字
    int randomIndex = rand() % size;
    // 获取并返回随机元素
    int randomNum = nums[randomIndex];
    return randomNum;
}
```

=== "Kotlin"

```kotlin title="array.kt"
/* 随机访问元素 */
fun randomAccess(nums: IntArray): Int {
    // 在区间 [0, nums.size) 中随机抽取一个数字
    val randomIndex = ThreadLocalRandom.current().nextInt(0, nums.size)
    // 获取并返回随机元素
    val randomNum = nums[randomIndex]
    return randomNum
}
```

=== "Zig"

```zig title="array.zig"
// 随机访问元素
fn randomAccess(nums: []i32) i32 {
    // 在区间 [0, nums.len) 中随机抽取一个整数
    var randomIndex = std.crypto.random.intRangeLessThan(usize, 0, nums.len);
    // 获取并返回随机元素
    var randomNum = nums[randomIndex];
    return randomNum;
}
```

??? pythontutor "可视化运行"

<div style="height: 531px; width: 100%;"><iframe class="pythontutor-iframe" src="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=import%20random%0A%0Adef%20random_access%28nums%3A%20list%5Bint%5D%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E9%9A%8F%E6%9C%BA%E8%AE%BF%E9%97%AE%E5%85%83%E7%B4%A0%22%22%22%0A%20%20%20%20%23%20%E5%9C%A8%E5%8C%BA%E9%97%B4%20%5B0,%20len%28nums%29-1%5D%20%E4%B8%AD%E9%9A%8F%E6%9C%BA%E6%8A%BD%E5%8F%96%E4%B8%80%E4%B8%AA%E6%95%B0%E5%AD%97%0A%20%20%20%20random_index%20%3D%20random.randint%280,%20len%28nums%29%20-%201%29%0A%20%20%20%20%23%20%E8%8E%B7%E5%8F%96%E5%B9%B6%E8%BF%94%E5%9B%9E%E9%9A%8F%E6%9C%BA%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20random_num%20%3D%20nums%5Brandom_index%5D%0A%20%20%20%20return%20random_num%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E6%95%B0%E7%BB%84%0A%20%20%20%20nums%20%3D%20%5B1,%203,%202,%205,%204%5D%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%95%B0%E7%BB%84%20nums%20%3D%22,%20nums%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E9%9A%8F%E6%9C%BA%E8%AE%BF%E9%97%AE%0A%20%20%20%20random_num%3A%20int%20%3D%20random_access%28nums%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%9C%A8%20nums%20%E4%B8%AD%E8%8E%B7%E5%8F%96%E9%9A%8F%E6%9C%BA%E5%85%83%E7%B4%A0%22,%20random_num%29%0A&codeDivHeight=472&codeDivWidth=350&cumulative=false&curInstr=7&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false"> </iframe></div>
<div style="margin-top: 5px;"><a href="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=import%20random%0A%0Adef%20random_access%28nums%3A%20list%5Bint%5D%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E9%9A%8F%E6%9C%BA%E8%AE%BF%E9%97%AE%E5%85%83%E7%B4%A0%22%22%22%0A%20%20%20%20%23%20%E5%9C%A8%E5%8C%BA%E9%97%B4%20%5B0,%20len%28nums%29-1%5D%20%E4%B8%AD%E9%9A%8F%E6%9C%BA%E6%8A%BD%E5%8F%96%E4%B8%80%E4%B8%AA%E6%95%B0%E5%AD%97%0A%20%20%20%20random_index%20%3D%20random.randint%280,%20len%28nums%29%20-%201%29%0A%20%20%20%20%23%20%E8%8E%B7%E5%8F%96%E5%B9%B6%E8%BF%94%E5%9B%9E%E9%9A%8F%E6%9C%BA%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20random_num%20%3D%20nums%5Brandom_index%5D%0A%20%20%20%20return%20random_num%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E6%95%B0%E7%BB%84%0A%20%20%20%20nums%20%3D%20%5B1,%203,%202,%205,%204%5D%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%95%B0%E7%BB%84%20nums%20%3D%22,%20nums%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E9%9A%8F%E6%9C%BA%E8%AE%BF%E9%97%AE%0A%20%20%20%20random_num%3A%20int%20%3D%20random_access%28nums%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%9C%A8%20nums%20%E4%B8%AD%E8%8E%B7%E5%8F%96%E9%9A%8F%E6%9C%BA%E5%85%83%E7%B4%A0%22,%20random_num%29%0A&codeDivHeight=800&codeDivWidth=600&cumulative=false&curInstr=7&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false" target="_blank" rel="noopener noreferrer">全屏观看 ></a></div>

3. 插入元素

数组元素在内存中是“紧挨着的”，它们之间没有空间再存放任何数据。如图 4-3 所示，如果想在数组中间插入一个元素，则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。

{ class="animation-figure" }

图 4-3 数组插入元素示例

值得注意的是，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”。我们将这个问题的解决方案留在“列表”章节中讨论。

=== "Python"

```python title="array.py"
def insert(nums: list[int], num: int, index: int):
    """在数组的索引 index 处插入元素 num"""
    # 把索引 index 以及之后的所有元素向后移动一位
    for i in range(len(nums) - 1, index, -1):
        nums[i] = nums[i - 1]
    # 将 num 赋给 index 处的元素
    nums[index] = num
```

=== "C++"

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

=== "Java"

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

=== "C#"

```csharp title="array.cs"
/* 在数组的索引 index 处插入元素 num */
void Insert(int[] nums, int num, int index) {
    // 把索引 index 以及之后的所有元素向后移动一位
    for (int i = nums.Length - 1; i > index; i--) {
        nums[i] = nums[i - 1];
    }
    // 将 num 赋给 index 处的元素
    nums[index] = num;
}
```

=== "Go"

```go title="array.go"
/* 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
}
```

=== "Swift"

```swift title="array.swift"
/* 在数组的索引 index 处插入元素 num */
func insert(nums: inout [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 in nums.indices.dropFirst(index).reversed() {
        nums[i] = nums[i - 1]
    }
    // 将 num 赋给 index 处的元素
    nums[index] = num
}
```

=== "JS"

```javascript title="array.js"
/* 在数组的索引 index 处插入元素 num */
function insert(nums, num, index) {
    // 把索引 index 以及之后的所有元素向后移动一位
    for (let i = nums.length - 1; i > index; i--) {
        nums[i] = nums[i - 1];
    }
    // 将 num 赋给 index 处的元素
    nums[index] = num;
}
```

=== "TS"

```typescript title="array.ts"
/* 在数组的索引 index 处插入元素 num */
function insert(nums: number[], num: number, index: number): void {
    // 把索引 index 以及之后的所有元素向后移动一位
    for (let i = nums.length - 1; i > index; i--) {
        nums[i] = nums[i - 1];
    }
    // 将 num 赋给 index 处的元素
    nums[index] = num;
}
```

=== "Dart"

```dart title="array.dart"
/* 在数组的索引 index 处插入元素 _num */
void insert(List<int> nums, int _num, int index) {
  // 把索引 index 以及之后的所有元素向后移动一位
  for (var i = nums.length - 1; i > index; i--) {
    nums[i] = nums[i - 1];
  }
  // 将 _num 赋给 index 处元素
  nums[index] = _num;
}
```

=== "Rust"

```rust title="array.rs"
/* 在数组的索引 index 处插入元素 num */
fn insert(nums: &mut Vec<i32>, num: i32, index: usize) {
    // 把索引 index 以及之后的所有元素向后移动一位
    for i in (index + 1..nums.len()).rev() {
        nums[i] = nums[i - 1];
    }
    // 将 num 赋给 index 处的元素
    nums[index] = num;
}
```

=== "C"

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

=== "Kotlin"

```kotlin title="array.kt"
/* 在数组的索引 index 处插入元素 num */
fun insert(nums: IntArray, 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 in nums.size - 1 downTo index + 1) {
        nums[i] = nums[i - 1]
    }
    // 将 num 赋给 index 处的元素
    nums[index] = num
}
```

=== "Zig"

```zig title="array.zig"
// 在数组的索引 index 处插入元素 num
fn insert(nums: []i32, num: i32, index: usize) void {
    // 把索引 index 以及之后的所有元素向后移动一位
    var i = nums.len - 1;
    while (i > index) : (i -= 1) {
        nums[i] = nums[i - 1];
    }
    // 将 num 赋给 index 处的元素
    nums[index] = num;
}
```

??? pythontutor "可视化运行"

<div style="height: 495px; width: 100%;"><iframe class="pythontutor-iframe" src="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=def%20insert%28nums%3A%20list%5Bint%5D,%20num%3A%20int,%20index%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E5%9C%A8%E6%95%B0%E7%BB%84%E7%9A%84%E7%B4%A2%E5%BC%95%20index%20%E5%A4%84%E6%8F%92%E5%85%A5%E5%85%83%E7%B4%A0%20num%22%22%22%0A%20%20%20%20%23%20%E6%8A%8A%E7%B4%A2%E5%BC%95%20index%20%E4%BB%A5%E5%8F%8A%E4%B9%8B%E5%90%8E%E7%9A%84%E6%89%80%E6%9C%89%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%90%91%E5%90%8E%E7%A7%BB%E5%8A%A8%E4%B8%80%E4%BD%8D%0A%20%20%20%20for%20i%20in%20range%28len%28nums%29%20-%201,%20index,%20-1%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20nums%5Bi%5D%20%3D%20nums%5Bi%20-%201%5D%0A%20%20%20%20%23%20%E5%B0%86%20num%20%E8%B5%8B%E7%BB%99%20index%20%E5%A4%84%E7%9A%84%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20nums%5Bindex%5D%20%3D%20num%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E6%95%B0%E7%BB%84%0A%20%20%20%20nums%20%3D%20%5B1,%203,%202,%205,%204%5D%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%95%B0%E7%BB%84%20nums%20%3D%22,%20nums%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E6%8F%92%E5%85%A5%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20insert%28nums,%206,%203%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%9C%A8%E7%B4%A2%E5%BC%95%203%20%E5%A4%84%E6%8F%92%E5%85%A5%E6%95%B0%E5%AD%97%206%20%EF%BC%8C%E5%BE%97%E5%88%B0%20nums%20%3D%22,%20nums%29&codeDivHeight=472&codeDivWidth=350&cumulative=false&curInstr=6&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false"> </iframe></div>
<div style="margin-top: 5px;"><a href="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=def%20insert%28nums%3A%20list%5Bint%5D,%20num%3A%20int,%20index%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E5%9C%A8%E6%95%B0%E7%BB%84%E7%9A%84%E7%B4%A2%E5%BC%95%20index%20%E5%A4%84%E6%8F%92%E5%85%A5%E5%85%83%E7%B4%A0%20num%22%22%22%0A%20%20%20%20%23%20%E6%8A%8A%E7%B4%A2%E5%BC%95%20index%20%E4%BB%A5%E5%8F%8A%E4%B9%8B%E5%90%8E%E7%9A%84%E6%89%80%E6%9C%89%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%90%91%E5%90%8E%E7%A7%BB%E5%8A%A8%E4%B8%80%E4%BD%8D%0A%20%20%20%20for%20i%20in%20range%28len%28nums%29%20-%201,%20index,%20-1%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20nums%5Bi%5D%20%3D%20nums%5Bi%20-%201%5D%0A%20%20%20%20%23%20%E5%B0%86%20num%20%E8%B5%8B%E7%BB%99%20index%20%E5%A4%84%E7%9A%84%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20nums%5Bindex%5D%20%3D%20num%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E6%95%B0%E7%BB%84%0A%20%20%20%20nums%20%3D%20%5B1,%203,%202,%205,%204%5D%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%95%B0%E7%BB%84%20nums%20%3D%22,%20nums%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E6%8F%92%E5%85%A5%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20insert%28nums,%206,%203%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%9C%A8%E7%B4%A2%E5%BC%95%203%20%E5%A4%84%E6%8F%92%E5%85%A5%E6%95%B0%E5%AD%97%206%20%EF%BC%8C%E5%BE%97%E5%88%B0%20nums%20%3D%22,%20nums%29&codeDivHeight=800&codeDivWidth=600&cumulative=false&curInstr=6&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false" target="_blank" rel="noopener noreferrer">全屏观看 ></a></div>

4. 删除元素

同理，如图 4-4 所示，若想删除索引 i 处的元素，则需要把索引 i 之后的元素都向前移动一位。

{ class="animation-figure" }

图 4-4 数组删除元素示例

请注意，删除元素完成后，原先末尾的元素变得“无意义”了，所以我们无须特意去修改它。

=== "Python"

```python title="array.py"
def remove(nums: list[int], index: int):
    """删除索引 index 处的元素"""
    # 把索引 index 之后的所有元素向前移动一位
    for i in range(index, len(nums) - 1):
        nums[i] = nums[i + 1]
```

=== "C++"

```cpp title="array.cpp"
/* 删除索引 index 处的元素 */
void remove(int *nums, int size, int index) {
    // 把索引 index 之后的所有元素向前移动一位
    for (int i = index; i < size - 1; i++) {
        nums[i] = nums[i + 1];
    }
}
```

=== "Java"

```java title="array.java"
/* 删除索引 index 处的元素 */
void remove(int[] nums, int index) {
    // 把索引 index 之后的所有元素向前移动一位
    for (int i = index; i < nums.length - 1; i++) {
        nums[i] = nums[i + 1];
    }
}
```

=== "C#"

```csharp title="array.cs"
/* 删除索引 index 处的元素 */
void Remove(int[] nums, int index) {
    // 把索引 index 之后的所有元素向前移动一位
    for (int i = index; i < nums.Length - 1; i++) {
        nums[i] = nums[i + 1];
    }
}
```

=== "Go"

```go title="array.go"
/* 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]
    }
}
```

=== "Swift"

```swift title="array.swift"
/* 删除索引 index 处的元素 */
func remove(nums: inout [Int], index: Int) {
    // 把索引 index 之后的所有元素向前移动一位
    for i in nums.indices.dropFirst(index).dropLast() {
        nums[i] = nums[i + 1]
    }
}
```

=== "JS"

```javascript title="array.js"
/* 删除索引 index 处的元素 */
function remove(nums, index) {
    // 把索引 index 之后的所有元素向前移动一位
    for (let i = index; i < nums.length - 1; i++) {
        nums[i] = nums[i + 1];
    }
}
```

=== "TS"

```typescript title="array.ts"
/* 删除索引 index 处的元素 */
function remove(nums: number[], index: number): void {
    // 把索引 index 之后的所有元素向前移动一位
    for (let i = index; i < nums.length - 1; i++) {
        nums[i] = nums[i + 1];
    }
}
```

=== "Dart"

```dart title="array.dart"
/* 删除索引 index 处的元素 */
void remove(List<int> nums, int index) {
  // 把索引 index 之后的所有元素向前移动一位
  for (var i = index; i < nums.length - 1; i++) {
    nums[i] = nums[i + 1];
  }
}
```

=== "Rust"

```rust title="array.rs"
/* 删除索引 index 处的元素 */
fn remove(nums: &mut Vec<i32>, index: usize) {
    // 把索引 index 之后的所有元素向前移动一位
    for i in index..nums.len() - 1 {
        nums[i] = nums[i + 1];
    }
}
```

=== "C"

```c title="array.c"
/* 删除索引 index 处的元素 */
// 注意：stdio.h 占用了 remove 关键词
void removeItem(int *nums, int size, int index) {
    // 把索引 index 之后的所有元素向前移动一位
    for (int i = index; i < size - 1; i++) {
        nums[i] = nums[i + 1];
    }
}
```

=== "Kotlin"

```kotlin title="array.kt"
/* 删除索引 index 处的元素 */
fun remove(nums: IntArray, index: Int) {
    // 把索引 index 之后的所有元素向前移动一位
    for (i in index..<nums.size - 1) {
        nums[i] = nums[i + 1]
    }
}
```

=== "Zig"

```zig title="array.zig"
// 删除索引 index 处的元素
fn remove(nums: []i32, index: usize) void {
    // 把索引 index 之后的所有元素向前移动一位
    var i = index;
    while (i < nums.len - 1) : (i += 1) {
        nums[i] = nums[i + 1];
    }
}
```

??? pythontutor "可视化运行"

<div style="height: 459px; width: 100%;"><iframe class="pythontutor-iframe" src="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=def%20remove%28nums%3A%20list%5Bint%5D,%20index%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E5%88%A0%E9%99%A4%E7%B4%A2%E5%BC%95%20index%20%E5%A4%84%E7%9A%84%E5%85%83%E7%B4%A0%22%22%22%0A%20%20%20%20%23%20%E6%8A%8A%E7%B4%A2%E5%BC%95%20index%20%E4%B9%8B%E5%90%8E%E7%9A%84%E6%89%80%E6%9C%89%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%90%91%E5%89%8D%E7%A7%BB%E5%8A%A8%E4%B8%80%E4%BD%8D%0A%20%20%20%20for%20i%20in%20range%28index,%20len%28nums%29%20-%201%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20nums%5Bi%5D%20%3D%20nums%5Bi%20%2B%201%5D%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E6%95%B0%E7%BB%84%0A%20%20%20%20nums%20%3D%20%5B1,%203,%202,%205,%204%5D%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%95%B0%E7%BB%84%20nums%20%3D%22,%20nums%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%A0%E9%99%A4%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20remove%28nums,%202%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%88%A0%E9%99%A4%E7%B4%A2%E5%BC%95%202%20%E5%A4%84%E7%9A%84%E5%85%83%E7%B4%A0%EF%BC%8C%E5%BE%97%E5%88%B0%20nums%20%3D%22,%20nums%29&codeDivHeight=472&codeDivWidth=350&cumulative=false&curInstr=6&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false"> </iframe></div>
<div style="margin-top: 5px;"><a href="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=def%20remove%28nums%3A%20list%5Bint%5D,%20index%3A%20int%29%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E5%88%A0%E9%99%A4%E7%B4%A2%E5%BC%95%20index%20%E5%A4%84%E7%9A%84%E5%85%83%E7%B4%A0%22%22%22%0A%20%20%20%20%23%20%E6%8A%8A%E7%B4%A2%E5%BC%95%20index%20%E4%B9%8B%E5%90%8E%E7%9A%84%E6%89%80%E6%9C%89%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%90%91%E5%89%8D%E7%A7%BB%E5%8A%A8%E4%B8%80%E4%BD%8D%0A%20%20%20%20for%20i%20in%20range%28index,%20len%28nums%29%20-%201%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20nums%5Bi%5D%20%3D%20nums%5Bi%20%2B%201%5D%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E6%95%B0%E7%BB%84%0A%20%20%20%20nums%20%3D%20%5B1,%203,%202,%205,%204%5D%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%95%B0%E7%BB%84%20nums%20%3D%22,%20nums%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%A0%E9%99%A4%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20remove%28nums,%202%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%88%A0%E9%99%A4%E7%B4%A2%E5%BC%95%202%20%E5%A4%84%E7%9A%84%E5%85%83%E7%B4%A0%EF%BC%8C%E5%BE%97%E5%88%B0%20nums%20%3D%22,%20nums%29&codeDivHeight=800&codeDivWidth=600&cumulative=false&curInstr=6&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false" target="_blank" rel="noopener noreferrer">全屏观看 ></a></div>

总的来看，数组的插入与删除操作有以下缺点。

时间复杂度高：数组的插入和删除的平均时间复杂度均为 O(n) ，其中 n 为数组长度。
丢失元素：由于数组的长度不可变，因此在插入元素后，超出数组长度范围的元素会丢失。
内存浪费：我们可以初始化一个比较长的数组，只用前面一部分，这样在插入数据时，丢失的末尾元素都是“无意义”的，但这样做会造成部分内存空间浪费。

5. 遍历数组

在大多数编程语言中，我们既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：

=== "Python"

```python title="array.py"
def traverse(nums: list[int]):
    """遍历数组"""
    count = 0
    # 通过索引遍历数组
    for i in range(len(nums)):
        count += nums[i]
    # 直接遍历数组元素
    for num in nums:
        count += num
    # 同时遍历数据索引和元素
    for i, num in enumerate(nums):
        count += nums[i]
        count += num
```

=== "C++"

```cpp title="array.cpp"
/* 遍历数组 */
void traverse(int *nums, int size) {
    int count = 0;
    // 通过索引遍历数组
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        count += nums[i];
    }
}
```

=== "Java"

```java title="array.java"
/* 遍历数组 */
void traverse(int[] nums) {
    int count = 0;
    // 通过索引遍历数组
    for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
        count += nums[i];
    }
    // 直接遍历数组元素
    for (int num : nums) {
        count += num;
    }
}
```

=== "C#"

```csharp title="array.cs"
/* 遍历数组 */
void Traverse(int[] nums) {
    int count = 0;
    // 通过索引遍历数组
    for (int i = 0; i < nums.Length; i++) {
        count += nums[i];
    }
    // 直接遍历数组元素
    foreach (int num in nums) {
        count += num;
    }
}
```

=== "Go"

```go title="array.go"
/* 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
    }
}
```

=== "Swift"

```swift title="array.swift"
/* 遍历数组 */
func traverse(nums: [Int]) {
    var count = 0
    // 通过索引遍历数组
    for i in nums.indices {
        count += nums[i]
    }
    // 直接遍历数组元素
    for num in nums {
        count += num
    }
    // 同时遍历数据索引和元素
    for (i, num) in nums.enumerated() {
        count += nums[i]
        count += num
    }
}
```

=== "JS"

```javascript title="array.js"
/* 遍历数组 */
function traverse(nums) {
    let count = 0;
    // 通过索引遍历数组
    for (let i = 0; i < nums.length; i++) {
        count += nums[i];
    }
    // 直接遍历数组元素
    for (const num of nums) {
        count += num;
    }
}
```

=== "TS"

```typescript title="array.ts"
/* 遍历数组 */
function traverse(nums: number[]): void {
    let count = 0;
    // 通过索引遍历数组
    for (let i = 0; i < nums.length; i++) {
        count += nums[i];
    }
    // 直接遍历数组元素
    for (const num of nums) {
        count += num;
    }
}
```

=== "Dart"

```dart title="array.dart"
/* 遍历数组元素 */
void traverse(List<int> nums) {
  int count = 0;
  // 通过索引遍历数组
  for (var i = 0; i < nums.length; i++) {
    count += nums[i];
  }
  // 直接遍历数组元素
  for (int _num in nums) {
    count += _num;
  }
  // 通过 forEach 方法遍历数组
  nums.forEach((_num) {
    count += _num;
  });
}
```

=== "Rust"

```rust title="array.rs"
/* 遍历数组 */
fn traverse(nums: &[i32]) {
    let mut _count = 0;
    // 通过索引遍历数组
    for i in 0..nums.len() {
        _count += nums[i];
    }
    // 直接遍历数组元素
    for num in nums {
        _count += num;
    }
}
```

=== "C"

```c title="array.c"
/* 遍历数组 */
void traverse(int *nums, int size) {
    int count = 0;
    // 通过索引遍历数组
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        count += nums[i];
    }
}
```

=== "Kotlin"

```kotlin title="array.kt"
/* 遍历数组 */
fun traverse(nums: IntArray) {
    var count = 0
    // 通过索引遍历数组
    for (i in nums.indices) {
        count += nums[i]
    }
    // 直接遍历数组元素
    for (j: Int in nums) {
        count += j
    }
}
```

=== "Zig"

```zig title="array.zig"
// 遍历数组
fn traverse(nums: []i32) void {
    var count: i32 = 0;
    // 通过索引遍历数组
    var i: i32 = 0;
    while (i < nums.len) : (i += 1) {
        count += nums[i];
    }
    count = 0;
    // 直接遍历数组元素
    for (nums) |num| {
        count += num;
    }
}
```

??? pythontutor "可视化运行"

<div style="height: 549px; width: 100%;"><iframe class="pythontutor-iframe" src="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=def%20traverse%28nums%3A%20list%5Bint%5D%29%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E9%81%8D%E5%8E%86%E6%95%B0%E7%BB%84%22%22%22%0A%20%20%20%20count%20%3D%200%0A%20%20%20%20%23%20%E9%80%9A%E8%BF%87%E7%B4%A2%E5%BC%95%E9%81%8D%E5%8E%86%E6%95%B0%E7%BB%84%0A%20%20%20%20for%20i%20in%20range%28len%28nums%29%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20count%20%2B%3D%20nums%5Bi%5D%0A%20%20%20%20%23%20%E7%9B%B4%E6%8E%A5%E9%81%8D%E5%8E%86%E6%95%B0%E7%BB%84%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20for%20num%20in%20nums%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20count%20%2B%3D%20num%0A%20%20%20%20%23%20%E5%90%8C%E6%97%B6%E9%81%8D%E5%8E%86%E6%95%B0%E6%8D%AE%E7%B4%A2%E5%BC%95%E5%92%8C%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20for%20i,%20num%20in%20enumerate%28nums%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20count%20%2B%3D%20nums%5Bi%5D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20count%20%2B%3D%20num%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E6%95%B0%E7%BB%84%0A%20%20%20%20nums%20%3D%20%5B1,%203,%202,%205,%204%5D%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%95%B0%E7%BB%84%20nums%20%3D%22,%20nums%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E9%81%8D%E5%8E%86%E6%95%B0%E7%BB%84%0A%20%20%20%20traverse%28nums%29&codeDivHeight=472&codeDivWidth=350&cumulative=false&curInstr=6&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false"> </iframe></div>
<div style="margin-top: 5px;"><a href="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=def%20traverse%28nums%3A%20list%5Bint%5D%29%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E9%81%8D%E5%8E%86%E6%95%B0%E7%BB%84%22%22%22%0A%20%20%20%20count%20%3D%200%0A%20%20%20%20%23%20%E9%80%9A%E8%BF%87%E7%B4%A2%E5%BC%95%E9%81%8D%E5%8E%86%E6%95%B0%E7%BB%84%0A%20%20%20%20for%20i%20in%20range%28len%28nums%29%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20count%20%2B%3D%20nums%5Bi%5D%0A%20%20%20%20%23%20%E7%9B%B4%E6%8E%A5%E9%81%8D%E5%8E%86%E6%95%B0%E7%BB%84%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20for%20num%20in%20nums%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20count%20%2B%3D%20num%0A%20%20%20%20%23%20%E5%90%8C%E6%97%B6%E9%81%8D%E5%8E%86%E6%95%B0%E6%8D%AE%E7%B4%A2%E5%BC%95%E5%92%8C%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20for%20i,%20num%20in%20enumerate%28nums%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20count%20%2B%3D%20nums%5Bi%5D%0A%20%20%20%20%20%20%20%20count%20%2B%3D%20num%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E6%95%B0%E7%BB%84%0A%20%20%20%20nums%20%3D%20%5B1,%203,%202,%205,%204%5D%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%95%B0%E7%BB%84%20nums%20%3D%22,%20nums%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E9%81%8D%E5%8E%86%E6%95%B0%E7%BB%84%0A%20%20%20%20traverse%28nums%29&codeDivHeight=800&codeDivWidth=600&cumulative=false&curInstr=6&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false" target="_blank" rel="noopener noreferrer">全屏观看 ></a></div>

6. 查找元素

在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，若匹配则输出对应索引。

因为数组是线性数据结构，所以上述查找操作被称为“线性查找”。

=== "Python"

```python title="array.py"
def find(nums: list[int], target: int) -> int:
    """在数组中查找指定元素"""
    for i in range(len(nums)):
        if nums[i] == target:
            return i
    return -1
```

=== "C++"

```cpp title="array.cpp"
/* 在数组中查找指定元素 */
int find(int *nums, int size, int target) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        if (nums[i] == target)
            return i;
    }
    return -1;
}
```

=== "Java"

```java title="array.java"
/* 在数组中查找指定元素 */
int find(int[] nums, int target) {
    for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
        if (nums[i] == target)
            return i;
    }
    return -1;
}
```

=== "C#"

```csharp title="array.cs"
/* 在数组中查找指定元素 */
int Find(int[] nums, int target) {
    for (int i = 0; i < nums.Length; i++) {
        if (nums[i] == target)
            return i;
    }
    return -1;
}
```

=== "Go"

```go title="array.go"
/* 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
}
```

=== "Swift"

```swift title="array.swift"
/* 在数组中查找指定元素 */
func find(nums: [Int], target: Int) -> Int {
    for i in nums.indices {
        if nums[i] == target {
            return i
        }
    }
    return -1
}
```

=== "JS"

```javascript title="array.js"
/* 在数组中查找指定元素 */
function find(nums, target) {
    for (let i = 0; i < nums.length; i++) {
        if (nums[i] === target) return i;
    }
    return -1;
}
```

=== "TS"

```typescript title="array.ts"
/* 在数组中查找指定元素 */
function find(nums: number[], target: number): number {
    for (let i = 0; i < nums.length; i++) {
        if (nums[i] === target) {
            return i;
        }
    }
    return -1;
}
```

=== "Dart"

```dart title="array.dart"
/* 在数组中查找指定元素 */
int find(List<int> nums, int target) {
  for (var i = 0; i < nums.length; i++) {
    if (nums[i] == target) return i;
  }
  return -1;
}
```

=== "Rust"

```rust title="array.rs"
/* 在数组中查找指定元素 */
fn find(nums: &[i32], target: i32) -> Option<usize> {
    for i in 0..nums.len() {
        if nums[i] == target {
            return Some(i);
        }
    }
    None
}
```

=== "C"

```c title="array.c"
/* 在数组中查找指定元素 */
int find(int *nums, int size, int target) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        if (nums[i] == target)
            return i;
    }
    return -1;
}
```

=== "Kotlin"

```kotlin title="array.kt"
/* 在数组中查找指定元素 */
fun find(nums: IntArray, target: Int): Int {
    for (i in nums.indices) {
        if (nums[i] == target) return i
    }
    return -1
}
```

=== "Zig"

```zig title="array.zig"
// 在数组中查找指定元素
fn find(nums: []i32, target: i32) i32 {
    for (nums, 0..) |num, i| {
        if (num == target) return @intCast(i);
    }
    return -1;
}
```

??? pythontutor "可视化运行"

<div style="height: 477px; width: 100%;"><iframe class="pythontutor-iframe" src="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=def%20find%28nums%3A%20list%5Bint%5D,%20target%3A%20int%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E5%9C%A8%E6%95%B0%E7%BB%84%E4%B8%AD%E6%9F%A5%E6%89%BE%E6%8C%87%E5%AE%9A%E5%85%83%E7%B4%A0%22%22%22%0A%20%20%20%20for%20i%20in%20range%28len%28nums%29%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20if%20nums%5Bi%5D%20%3D%3D%20target%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20return%20i%0A%20%20%20%20return%20-1%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E6%95%B0%E7%BB%84%0A%20%20%20%20nums%20%3D%20%5B1,%203,%202,%205,%204%5D%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%95%B0%E7%BB%84%20nums%20%3D%22,%20nums%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E6%9F%A5%E6%89%BE%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20index%3A%20int%20%3D%20find%28nums,%203%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%9C%A8%20nums%20%E4%B8%AD%E6%9F%A5%E6%89%BE%E5%85%83%E7%B4%A0%203%20%EF%BC%8C%E5%BE%97%E5%88%B0%E7%B4%A2%E5%BC%95%20%3D%22,%20index%29&codeDivHeight=472&codeDivWidth=350&cumulative=false&curInstr=6&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false"> </iframe></div>
<div style="margin-top: 5px;"><a href="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=def%20find%28nums%3A%20list%5Bint%5D,%20target%3A%20int%29%20-%3E%20int%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E5%9C%A8%E6%95%B0%E7%BB%84%E4%B8%AD%E6%9F%A5%E6%89%BE%E6%8C%87%E5%AE%9A%E5%85%83%E7%B4%A0%22%22%22%0A%20%20%20%20for%20i%20in%20range%28len%28nums%29%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20if%20nums%5Bi%5D%20%3D%3D%20target%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20return%20i%0A%20%20%20%20return%20-1%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E6%95%B0%E7%BB%84%0A%20%20%20%20nums%20%3D%20%5B1,%203,%202,%205,%204%5D%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%95%B0%E7%BB%84%20nums%20%3D%22,%20nums%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E6%9F%A5%E6%89%BE%E5%85%83%E7%B4%A0%0A%20%20%20%20index%3A%20int%20%3D%20find%28nums,%203%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%9C%A8%20nums%20%E4%B8%AD%E6%9F%A5%E6%89%BE%E5%85%83%E7%B4%A0%203%20%EF%BC%8C%E5%BE%97%E5%88%B0%E7%B4%A2%E5%BC%95%20%3D%22,%20index%29&codeDivHeight=800&codeDivWidth=600&cumulative=false&curInstr=6&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false" target="_blank" rel="noopener noreferrer">全屏观看 ></a></div>

7. 扩容数组

在复杂的系统环境中，程序难以保证数组之后的内存空间是可用的，从而无法安全地扩展数组容量。因此在大多数编程语言中，数组的长度是不可变的。

如果我们希望扩容数组，则需重新建立一个更大的数组，然后把原数组元素依次复制到新数组。这是一个 O(n) 的操作，在数组很大的情况下非常耗时。代码如下所示：

=== "Python"

```python title="array.py"
def extend(nums: list[int], enlarge: int) -> list[int]:
    """扩展数组长度"""
    # 初始化一个扩展长度后的数组
    res = [0] * (len(nums) + enlarge)
    # 将原数组中的所有元素复制到新数组
    for i in range(len(nums)):
        res[i] = nums[i]
    # 返回扩展后的新数组
    return res
```

=== "C++"

```cpp title="array.cpp"
/* 扩展数组长度 */
int *extend(int *nums, int size, int enlarge) {
    // 初始化一个扩展长度后的数组
    int *res = new int[size + enlarge];
    // 将原数组中的所有元素复制到新数组
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        res[i] = nums[i];
    }
    // 释放内存
    delete[] nums;
    // 返回扩展后的新数组
    return res;
}
```

=== "Java"

```java title="array.java"
/* 扩展数组长度 */
int[] extend(int[] nums, int enlarge) {
    // 初始化一个扩展长度后的数组
    int[] res = new int[nums.length + enlarge];
    // 将原数组中的所有元素复制到新数组
    for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
        res[i] = nums[i];
    }
    // 返回扩展后的新数组
    return res;
}
```

=== "C#"

```csharp title="array.cs"
/* 扩展数组长度 */
int[] Extend(int[] nums, int enlarge) {
    // 初始化一个扩展长度后的数组
    int[] res = new int[nums.Length + enlarge];
    // 将原数组中的所有元素复制到新数组
    for (int i = 0; i < nums.Length; i++) {
        res[i] = nums[i];
    }
    // 返回扩展后的新数组
    return res;
}
```

=== "Go"

```go title="array.go"
/* 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
}
```

=== "Swift"

```swift title="array.swift"
/* 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
    var res = Array(repeating: 0, count: nums.count + enlarge)
    // 将原数组中的所有元素复制到新数组
    for i in nums.indices {
        res[i] = nums[i]
    }
    // 返回扩展后的新数组
    return res
}
```

=== "JS"

```javascript title="array.js"
/* 扩展数组长度 */
// 请注意，JavaScript 的 Array 是动态数组，可以直接扩展
// 为了方便学习，本函数将 Array 看作长度不可变的数组
function extend(nums, enlarge) {
    // 初始化一个扩展长度后的数组
    const res = new Array(nums.length + enlarge).fill(0);
    // 将原数组中的所有元素复制到新数组
    for (let i = 0; i < nums.length; i++) {
        res[i] = nums[i];
    }
    // 返回扩展后的新数组
    return res;
}
```

=== "TS"

```typescript title="array.ts"
/* 扩展数组长度 */
// 请注意，TypeScript 的 Array 是动态数组，可以直接扩展
// 为了方便学习，本函数将 Array 看作长度不可变的数组
function extend(nums: number[], enlarge: number): number[] {
    // 初始化一个扩展长度后的数组
    const res = new Array(nums.length + enlarge).fill(0);
    // 将原数组中的所有元素复制到新数组
    for (let i = 0; i < nums.length; i++) {
        res[i] = nums[i];
    }
    // 返回扩展后的新数组
    return res;
}
```

=== "Dart"

```dart title="array.dart"
/* 扩展数组长度 */
List<int> extend(List<int> nums, int enlarge) {
  // 初始化一个扩展长度后的数组
  List<int> res = List.filled(nums.length + enlarge, 0);
  // 将原数组中的所有元素复制到新数组
  for (var i = 0; i < nums.length; i++) {
    res[i] = nums[i];
  }
  // 返回扩展后的新数组
  return res;
}
```

=== "Rust"

```rust title="array.rs"
/* 扩展数组长度 */
fn extend(nums: Vec<i32>, enlarge: usize) -> Vec<i32> {
    // 初始化一个扩展长度后的数组
    let mut res: Vec<i32> = vec![0; nums.len() + enlarge];
    // 将原数组中的所有元素复制到新
    for i in 0..nums.len() {
        res[i] = nums[i];
    }
    // 返回扩展后的新数组
    res
}
```

=== "C"

```c title="array.c"
/* 扩展数组长度 */
int *extend(int *nums, int size, int enlarge) {
    // 初始化一个扩展长度后的数组
    int *res = (int *)malloc(sizeof(int) * (size + enlarge));
    // 将原数组中的所有元素复制到新数组
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        res[i] = nums[i];
    }
    // 初始化扩展后的空间
    for (int i = size; i < size + enlarge; i++) {
        res[i] = 0;
    }
    // 返回扩展后的新数组
    return res;
}
```

=== "Kotlin"

```kotlin title="array.kt"
/* 扩展数组长度 */
fun extend(nums: IntArray, enlarge: Int): IntArray {
    // 初始化一个扩展长度后的数组
    val res = IntArray(nums.size + enlarge)
    // 将原数组中的所有元素复制到新数组
    for (i in nums.indices) {
        res[i] = nums[i]
    }
    // 返回扩展后的新数组
    return res
}
```

=== "Zig"

```zig title="array.zig"
// 扩展数组长度
fn extend(mem_allocator: std.mem.Allocator, nums: []i32, enlarge: usize) ![]i32 {
    // 初始化一个扩展长度后的数组
    var res = try mem_allocator.alloc(i32, nums.len + enlarge);
    @memset(res, 0);
    // 将原数组中的所有元素复制到新数组
    std.mem.copy(i32, res, nums);
    // 返回扩展后的新数组
    return res;
}
```

??? pythontutor "可视化运行"

<div style="height: 549px; width: 100%;"><iframe class="pythontutor-iframe" src="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=%23%20%E8%AF%B7%E6%B3%A8%E6%84%8F%EF%BC%8CPython%20%E7%9A%84%20list%20%E6%98%AF%E5%8A%A8%E6%80%81%E6%95%B0%E7%BB%84%EF%BC%8C%E5%8F%AF%E4%BB%A5%E7%9B%B4%E6%8E%A5%E6%89%A9%E5%B1%95%0A%23%20%E4%B8%BA%E4%BA%86%E6%96%B9%E4%BE%BF%E5%AD%A6%E4%B9%A0%EF%BC%8C%E6%9C%AC%E5%87%BD%E6%95%B0%E5%B0%86%20list%20%E7%9C%8B%E4%BD%9C%E9%95%BF%E5%BA%A6%E4%B8%8D%E5%8F%AF%E5%8F%98%E7%9A%84%E6%95%B0%E7%BB%84%0Adef%20extend%28nums%3A%20list%5Bint%5D,%20enlarge%3A%20int%29%20-%3E%20list%5Bint%5D%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E6%89%A9%E5%B1%95%E6%95%B0%E7%BB%84%E9%95%BF%E5%BA%A6%22%22%22%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E4%B8%80%E4%B8%AA%E6%89%A9%E5%B1%95%E9%95%BF%E5%BA%A6%E5%90%8E%E7%9A%84%E6%95%B0%E7%BB%84%0A%20%20%20%20res%20%3D%20%5B0%5D%20*%20%28len%28nums%29%20%2B%20enlarge%29%0A%20%20%20%20%23%20%E5%B0%86%E5%8E%9F%E6%95%B0%E7%BB%84%E4%B8%AD%E7%9A%84%E6%89%80%E6%9C%89%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%A4%8D%E5%88%B6%E5%88%B0%E6%96%B0%E6%95%B0%E7%BB%84%0A%20%20%20%20for%20i%20in%20range%28len%28nums%29%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20res%5Bi%5D%20%3D%20nums%5Bi%5D%0A%20%20%20%20%23%20%E8%BF%94%E5%9B%9E%E6%89%A9%E5%B1%95%E5%90%8E%E7%9A%84%E6%96%B0%E6%95%B0%E7%BB%84%0A%20%20%20%20return%20res%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E6%95%B0%E7%BB%84%0A%20%20%20%20nums%20%3D%20%5B1,%203,%202,%205,%204%5D%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%95%B0%E7%BB%84%20nums%20%3D%22,%20nums%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E9%95%BF%E5%BA%A6%E6%89%A9%E5%B1%95%0A%20%20%20%20nums%20%3D%20extend%28nums,%203%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%B0%86%E6%95%B0%E7%BB%84%E9%95%BF%E5%BA%A6%E6%89%A9%E5%B1%95%E8%87%B3%208%20%EF%BC%8C%E5%BE%97%E5%88%B0%20nums%20%3D%22,%20nums%29&codeDivHeight=472&codeDivWidth=350&cumulative=false&curInstr=6&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false"> </iframe></div>
<div style="margin-top: 5px;"><a href="https://pythontutor.com/iframe-embed.html#code=%23%20%E8%AF%B7%E6%B3%A8%E6%84%8F%EF%BC%8CPython%20%E7%9A%84%20list%20%E6%98%AF%E5%8A%A8%E6%80%81%E6%95%B0%E7%BB%84%EF%BC%8C%E5%8F%AF%E4%BB%A5%E7%9B%B4%E6%8E%A5%E6%89%A9%E5%B1%95%0A%23%20%E4%B8%BA%E4%BA%86%E6%96%B9%E4%BE%BF%E5%AD%A6%E4%B9%A0%EF%BC%8C%E6%9C%AC%E5%87%BD%E6%95%B0%E5%B0%86%20list%20%E7%9C%8B%E4%BD%9C%E9%95%BF%E5%BA%A6%E4%B8%8D%E5%8F%AF%E5%8F%98%E7%9A%84%E6%95%B0%E7%BB%84%0Adef%20extend%28nums%3A%20list%5Bint%5D,%20enlarge%3A%20int%29%20-%3E%20list%5Bint%5D%3A%0A%20%20%20%20%22%22%22%E6%89%A9%E5%B1%95%E6%95%B0%E7%BB%84%E9%95%BF%E5%BA%A6%22%22%22%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E4%B8%80%E4%B8%AA%E6%89%A9%E5%B1%95%E9%95%BF%E5%BA%A6%E5%90%8E%E7%9A%84%E6%95%B0%E7%BB%84%0A%20%20%20%20res%20%3D%20%5B0%5D%20*%20%28len%28nums%29%20%2B%20enlarge%29%0A%20%20%20%20%23%20%E5%B0%86%E5%8E%9F%E6%95%B0%E7%BB%84%E4%B8%AD%E7%9A%84%E6%89%80%E6%9C%89%E5%85%83%E7%B4%A0%E5%A4%8D%E5%88%B6%E5%88%B0%E6%96%B0%E6%95%B0%E7%BB%84%0A%20%20%20%20for%20i%20in%20range%28len%28nums%29%29%3A%0A%20%20%20%20%20%20%20%20res%5Bi%5D%20%3D%20nums%5Bi%5D%0A%20%20%20%20%23%20%E8%BF%94%E5%9B%9E%E6%89%A9%E5%B1%95%E5%90%8E%E7%9A%84%E6%96%B0%E6%95%B0%E7%BB%84%0A%20%20%20%20return%20res%0A%0A%22%22%22Driver%20Code%22%22%22%0Aif%20__name__%20%3D%3D%20%22__main__%22%3A%0A%20%20%20%20%23%20%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96%E6%95%B0%E7%BB%84%0A%20%20%20%20nums%20%3D%20%5B1,%203,%202,%205,%204%5D%0A%20%20%20%20print%28%22%E6%95%B0%E7%BB%84%20nums%20%3D%22,%20nums%29%0A%0A%20%20%20%20%23%20%E9%95%BF%E5%BA%A6%E6%89%A9%E5%B1%95%0A%20%20%20%20nums%20%3D%20extend%28nums,%203%29%0A%20%20%20%20print%28%22%E5%B0%86%E6%95%B0%E7%BB%84%E9%95%BF%E5%BA%A6%E6%89%A9%E5%B1%95%E8%87%B3%208%20%EF%BC%8C%E5%BE%97%E5%88%B0%20nums%20%3D%22,%20nums%29&codeDivHeight=800&codeDivWidth=600&cumulative=false&curInstr=6&heapPrimitives=nevernest&origin=opt-frontend.js&py=311&rawInputLstJSON=%5B%5D&textReferences=false" target="_blank" rel="noopener noreferrer">全屏观看 ></a></div>

4.1.2 数组的优点与局限性

数组存储在连续的内存空间内，且元素类型相同。这种做法包含丰富的先验信息，系统可以利用这些信息来优化数据结构的操作效率。

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。

连续空间存储是一把双刃剑，其存在以下局限性。

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。

4.1.3 数组典型应用

数组是一种基础且常见的数据结构，既频繁应用在各类算法之中，也可用于实现各种复杂数据结构。

随机访问：如果我们想随机抽取一些样本，那么可以用数组存储，并生成一个随机序列，根据索引实现随机抽样。
排序和搜索：数组是排序和搜索算法最常用的数据结构。快速排序、归并排序、二分查找等都主要在数组上进行。
查找表：当需要快速查找一个元素或其对应关系时，可以使用数组作为查找表。假如我们想实现字符到 ASCII 码的映射，则可以将字符的 ASCII 码值作为索引，对应的元素存放在数组中的对应位置。
机器学习：神经网络中大量使用了向量、矩阵、张量之间的线性代数运算，这些数据都是以数组的形式构建的。数组是神经网络编程中最常使用的数据结构。
数据结构实现：数组可以用于实现栈、队列、哈希表、堆、图等数据结构。例如，图的邻接矩阵表示实际上是一个二维数组。

56 KiB Raw Blame History Unescape Escape

4.1 数组

4.1.1 数组常用操作

1. 初始化数组

2. 访问元素

3. 插入元素

4. 删除元素

5. 遍历数组

6. 查找元素

7. 扩容数组

4.1.2 数组的优点与局限性

4.1.3 数组典型应用

56 KiB

Raw Blame History Unescape Escape