資料結構與演算法系列3
寫在前面
前面兩章講了連結串列和動態陣列，我們這章來從記憶體的角度的來講講二者的區別
什麼是記憶體
寫在前面：
由於本章是從記憶體的角度來講述陣列與連結串列，所以我們先來講講記憶體
記憶體概述
記憶體是計算機的重要部件之一。它是外存與CPU進行溝通的橋樑，計算機中所有程式的執行都在記憶體中進行。記憶體效能的強弱影響計算機整體發揮的水平。記憶體(Memory)也稱記憶體儲器和主儲存器，它用於暫時存放CPU中的運算資料，與硬碟等外部儲存器交換的資料。只要計算機開始執行，作業系統就會把需要運算的資料從記憶體調到CPU中進行運算。當運算完成，CPU將結果傳送出來。記憶體的執行也決定計算機整體執行快慢的程度。記憶體條由記憶體晶片、電路板、金手指等部分組成。
記憶體工作原理
比如我們去考駕照，考駕照的地方有一個寄存櫃，你需要將你的東西寄存到寄存櫃裡
假設每個櫃子只可以放一樣東西，你有兩樣東西需要寄存，因此需要兩個寄存櫃
然後你就可以將你的兩樣東西寄存到箱子裡
然後你就可以放心的去考駕照了，等考好了再到對應的箱子裡取出自己的物品即可，這大致就是計算機記憶體的工作原理，計算機像是很多抽屜的集合，每個抽屜都有地址，就像下面一樣劃分成一個個區塊，一個個地址
需要將資料儲存到記憶體時，你請求計算機提供儲存空間，計算機給你一個儲存地址。需要儲存多項資料。有兩種基本方式---陣列和連結串列。他們並非都適用與所有場景。
陣列在記憶體中的分佈
陣列再記憶體中是連續分佈的，什麼是連續分佈呢，就拿上面的寄存櫃來說，比如寄存櫃有100個櫃子，你有四個東西要寄存，一個櫃子只能放一個東西，所以你要四個櫃子，連續分佈就是隻這四個櫃子要一個櫃子挨著一個櫃子連在一起，需要連號，比如1234，5678等等
數字代表寄存的物品標號
這種方式的優缺點是什麼呢？
我們再來舉一個例子
比如我們去組團看電影，看電影的時候一共有十個人，為了保證10個人能坐在一起，必須提前訂好10個連續的位置。這樣的好處就是能保證10個人可以在一起。但是這樣的缺點是，如果來的人不夠10個，那麼剩下的位置就浪費了。如果臨時有多來了個人，那麼10個就不夠用了，這時可能需要將第11個位置上的人挪走，或者是他們11個人重新去找一個11連坐的位置，效率都很低。如果沒有找到符合要求的作為，那麼就沒法坐了。
缺點
人來在計算機中就是插入資料，人走在計算機中就是刪除資料。而陣列方式存放資料，插入資料和刪除資料效率低，插入資料時，這個位置後面的資料在記憶體中都要向後移。刪除資料時，這個資料後面的資料都要往前移動。 比如原來去了5個人，然後後來又去了一個人要坐在第三個位置上，那麼第三個到第五個都要往後移動一個位子，將第三個位置留給新來的人。 當這個人走了的時候，因為他們要連在一起的，所以他後面幾個人要往前移動一個位置，把這個空位補上。
預留座位
對於這種位置不夠的缺點我們可以通過"預留座位的方式"來解決，即即使你們只有十個人去看電影，為了防止有人突然拖家帶口，導致位置不夠的情況，為了以防萬一你就事先買了十五張電影票。一旦有人來了就有位置做了。在計算機中我們為了防止陣列溢位，也可以使用這種方式，即申請一個比預期大的陣列，來防止陣列不夠大，儲存不了資料的情況。但這種"預留座位"的方式也會導致記憶體空間的浪費
優點
隨機讀取效率很高。因為陣列是連續的，知道每一個資料的記憶體地址，可以直接找到給地址的資料。
並且不利於擴充套件，陣列定義的空間不夠時要重新定義陣列。（剛剛講的十個座位，多來了一個人，你就只能重新申請空間定義一個大於11的陣列）
連結串列在記憶體中的分佈
陣列再記憶體中是非連續分佈的，什麼是非連續分佈呢，就拿上面的寄存櫃來說，比如寄存櫃有100個櫃子，你有四個東西要寄存，一個櫃子只能放一個東西，所以你要四個櫃子，非連續分佈就是隨便在寄存櫃中找四個櫃子就可以了，不需要連號，比如1589，2489等等都可以
數字代表寄存的物品標號
優缺點
在記憶體中可以存在任何地方，不要求連續。 在電影院幾個人可以隨便坐。比如十個人去看電影，這十個人可以在電影院隨便找十個位置坐下。不需要十個人坐在一起，這十個人每個人都記住下一個人的位置號，這樣到時候找人也就不會找不到了
在計算機中也一樣的道理，每一個資料都儲存了下一個資料的記憶體地址，通過這個地址找到下一個資料。 第一個人知道第二個人的座位號，第二個人知道第三個人的座位號……
優點
增加資料和刪除資料很容易。 再來個人可以隨便坐，比如來了個人要做到第三個位置，那他只需要把自己的位置告訴第二個人，然後問第二個人拿到原來第三個人的位置就行了。其他人都不用動。
不指定大小，擴充套件方便。連結串列大小不用定義，資料隨意增刪。
缺點
查詢資料時效率低，因為不具有隨機訪問性，所以訪問某個位置的資料都要從第一個資料開始訪問，然後根據第一個資料儲存的下一個資料的地址找到第二個資料，以此類推。 要找到第三個人，必須從第一個人開始問起。
小總結
陣列的優點
- 隨機訪問性強
- 查詢速度快
陣列的缺點
- 插入和刪除效率低
- 可能浪費記憶體
- 記憶體空間要求高，必須有足夠的連續記憶體空間。
- 陣列大小固定，不能動態擴充
連結串列的優點
- 插入刪除速度快
- 記憶體利用率高，不會浪費記憶體
- 大小沒有固定，擴充很靈活。
連結串列的缺點
- 不能隨機查詢，必須從第一個開始遍歷，查詢效率低
| - | 陣列 | 連結串列 |
|---|---|---|
| 讀取 | O(1) | O(n) |
| 插入 | O(n) | O(1) |
| 刪除 | O(n) | O(1) |
應用場景
陣列應用場景：
資料比較少；經常做的運算是按序號訪問資料元素；陣列更容易實現，任何高階語言都支援；構建的線性表較穩定。
連結串列應用場景：
對線性表的長度或者規模難以估計；頻繁做插入刪除操作；構建動態性比較強的線性表。