web開發中為什么很多語言的數組下標是從0開始的

這篇文章主要講解了“web開發中為什么很多語言的數組下標是從0開始的”，文中的講解內容簡單清晰，易于學習與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學習“web開發中為什么很多語言的數組下標是從0開始的”吧！

數組的隨機訪問

盡管大家都知道了什么是數組，但是還是用官方的術語描述一下：數組（Array）是一種線性表數據結構。它用一組連續的內存空間，來存儲一組具有相同類型的數據。

我們可以抓住里面的幾個重點詞匯，來充分理解數組這種結構。 

1、線性表，就是數據的排列從前到后順序排列，就像一條線，像隊列、棧列表、數組等都是線性表結構。 

當然有線性表結構就有非線性表結構：

2、連續內存空間和相同的數據類型。為啥數據訪問一個數據效率非常高？那是因為數組的定義將數組這種結構定好了規矩，線性連續給了我們快速隨機訪問的機會。但是同時也帶來了不好的地方，如果我們向其中插入或者刪除一條數據是比較費勁的。 

來看看數組是怎么實現隨機訪問的？ 

假設有這么一個數組：
java int[] a = new int[10]; 
操作系統給分配了一塊連續的內存空間，假設為1000~1039，那么內存的首地址就是base_add = 1000

如果你去走訪親戚，你需要知道的是什么？親戚家的地址吧（具體到門牌號），內存也一樣，我們想讀取內存里面的數據，操作系統也是通過內存的地址來訪問的，那么問題來了，內存的地址是怎么知道呢？ 

這就涉及到操作系統的尋址，比如我想獲取a[2]的值，那么操作系統先會根據下面的公式計算對應內存的地址：

 a[2]的地址 = base_add + 2 * data_unit_size 

dataunitsize表示該數據類型每個元素的大小，當前是int類型為4個字節，所以算出來a[2]的地址就是1008 

那是不是可以說數組的查找的時間復雜度就是O(1)？當然不是了，正常情況下我們查找數可不是通過下標來查找的，我們是通過值來查找的，即便是二分查找時間復雜度也是O(logn)。 

刪除和插入怎么就低效了

1、插入操作
假設我們要在長度為n的數組的第k個位置插入一個數據，我們就要講第k~n的數往后挪，同理如果在最后插入就不需要挪位置，如果在第一個位置插入就要挪n個數，所以平均時間復雜度就是：（1+2+3+...+n)/n=O(n)

當然，如果不要求插入后順序還保持原來一樣，有個討巧的插入方法就是講第K個元素放到最后，將待插入的數放到第K個位置。 

舉個例子，假設數組 a[10]中存儲了如下 5 個元素：a，b，c，d，e。 

我們現在需要將元素 x 插入到第 3 個位置。我們只需要將 c 放入到 a[5]，將 a[2]賦值為 x 即可。最后，數組中的元素如下：a，b，x，d，e，c。

2、刪除操作. 

其實和插入操作是相似的，當我們對長度為n的數組的第K個數組進行刪除時，需要對后面的數據進行向前搬移操作，同理，時間復雜度和插入一樣也是O(n)，這里就不詳細介紹了。

當然，在不考慮維持連續性的特殊情況下，為了提高刪除的效率，沒必要每次刪除立即進行搬移操作，不然如果連續刪除數據，就要連續進行多次的搬移。比較討巧的辦法是將待刪除的元素進行標記，實際未做刪除，等等內存不足的時候，將這些標記的數據統一進行刪除操作。這樣就會大大減少刪除操作帶來的大量數據搬移操作。 

災難！數組越界啦

對于Java來說發生數據越界的時候會拋出異常，但是對于有些語言比如C語言發生數組越界的時候并不會給你異常提示，比如下面這段代碼： 

int i = 0; int arr[3] = {0};for(;i<=3;i++) {  arr[i] = 0;  System.out.println("test");  }

顯然定義的是長度為3的數組，但是循環條件是<=，所以會訪問到數組外面的內存，而a[3]的地址剛好是存儲i的內存，所以當循環到a[3]時又賦值為0，相當于i=0;所以這個循環永遠結束不了，“hello world”會一直打印。 

所以，對于C語言來說，如果沒控制好下標，發生數組越界會出現莫名其妙的邏輯問題，還很難調試。這也是很多病毒利用數組越界來非法訪問內存來攻擊系統。 

各種容器滿天飛，還需要數組？

對于Java開發者來說，ArrayList再熟悉不過了，它為我們封裝好了各種API來操作，比使用數組方便的多，而且是支持動態擴容的，因為數組是要提前訂好大小的，當大小不滿足的時候，需要重新定義大的數組進行復制操作，這顯然很不方便，而容器類是內部有動態的分配的機制，當大小不夠的時候自動的擴容，當然這也是非常耗性能的。如果能確定數據的大小，提前指定容器的大小更好。 

那是不是意味著數組沒有存在的必要，那也不是的，比如在下面的情況： 

• ArrayList是不能存儲基本數據類型的，需要使用他們對應的裝箱類，而拆箱和裝箱顯然都是非常耗性能的，如果特別關注性能，又需要使用基本數據類型，使用數組比使用ArrayList性能更好

• 定義多維數組時，使用數組更加的直觀
  

• 如果數據大小事先知道，而對數據的操作比較簡單。用不到ArrayList的大多API，這時候可以優先使用數組

小結：對于上層業務開發者，由于業務變化大，操作數據變化頻繁，使用容器更加方便，犧牲一點性能對系統的整體功能影響不大。但是如果是做比較偏底層的開發就需要關注性能了，性能一丁點的提升，影響也是很廣泛的，所以選擇數組比較合適。

回到主題

為什么數組從0開始呢？
從數組存儲的內存模型來看，下標比較確切的定義是“偏移”，如果用a來表示數組的首地址，那么a[0]就表示偏移為0的位置。a[x]就表示偏移x個類型大小（int 4個字節）的的位置。java a[x]_address = base_address + x * data_type_size;

但是如果從1開始計數呢，那么尋址公式就變成：
java a[x]_address = base_address + (x-1) * data_type_size;  
顯然要多運算減一的操作，對于數組數據結構的定義是偏基礎庫的，對于性能要求當然是要追求極致的，多一步和少一步運算都是非常重要的參考點，所以為了更好的性能選擇從0開始而不是從1開始。 

當然也有歷史因素，因為最早的C語言設計者使用從0開始的，所以后面的語言都延續了這一做法，這樣能減少程序員學習語言的成本。當然也有一些不是從0開始的語言，這里就不舉例了，感興趣的同學可以自行去搜索一下。 

感謝各位的閱讀，以上就是“web開發中為什么很多語言的數組下標是從0開始的”的內容了，經過本文的學習后，相信大家對web開發中為什么很多語言的數組下標是從0開始的這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實踐驗證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關知識點的文章，歡迎關注！