1. 陣列概念
變數是記憶體中的一個儲存塊，大小由宣告時的資料型別決定。
陣列可以認為是變數的集合，在記憶體中表現為一片連續的儲存區域，其特點為：
- 同型別多個變數的集合。
- 每一個變數沒有自己的名字。
- 陣列會為每一個變數分配一個位置編號 。
- 可以通過變數在陣列中的位置編號（下標）使用變數。
C++中稱陣列為複合型別，複合型別指除了基本型別之外或通過基本型別組合而成的新型別。如類、結構體、列舉……
陣列是一種資料結構，與棧、佇列、樹、圖……這類數結構不同，陣列是實體資料結構，有自己的實體記憶體描述。棧、佇列、樹……是抽象資料結構，或者說是一種資料儲存思想，沒有對應的物理儲存方案，需開發者自行設計邏輯儲存方案。
什麼時候使用陣列？
在需要儲存大量同型別資料的應用場景下可以考慮選擇陣列。因陣列中的變數是相鄰的，如同一條藤上的瓜（順藤摸瓜），訪問起來非常方便快捷。
大部分抽象資料結構的底層都可藉助陣列來實現。
連續儲存的優點一眼可知，但是連續也會帶來新的問題，程式執行過程中，會產生記憶體碎片，當陣列需要的空間較大時，底層邏輯可能無法騰出一大片連續空間來。
當需要考慮充分利用空間時，
連結串列當是首選。
下面，通過陣列的使用流程，讓我們全方面瞭解陣列。
2. 建立陣列
根據陣列在記憶體中的儲存位置，有 2 種建立方式：
- 靜態建立。
- 動態建立。
2.1 靜態建立
2.1.1 語法
建立陣列時需要指定 3 方面資訊：
陣列名：陣列名就是變數名，只是這個名稱指的是一片連續區域。資料型別：陣列用來儲存什麼樣型別的資料。陣列長度：編譯器需要根據陣列大小開闢空間。
int num[10];
如上語法，建立了可以儲存 10 個整型資料的陣列。
建立陣列後，怎麼訪問陣列中的變數？
編譯器會為陣列中的 10 個 int 儲存塊從 0開始編號。編號從 0開始，到陣列長度-1結束，編號也稱為下標。如果需要訪問陣列中的第一個變數中的資料，則如下程式碼可實現：
int num[10];
cout<<num[0]<<endl;
正因為陣列的下標屬性，陣列通常藉助迴圈語法結構進行整體遍歷。
建立陣列後是否存在資料？
遍歷一次陣列，便可以看到陣列中所有的資料資訊。
int num[10];
for(int i=0;i<10;i++){
cout<<num[i]<<endl;
}
輸出結果可能會讓你摸不著頭。這是啥意思？
1
0
4254409
0
0
0
34
0
0
0
建立陣列後，陣列中會有資料資訊，是記憶體中相應位置曾經儲存過的或由編譯器隨機生成的資料。對於建立陣列初衷（儲存自己的資料）的你而言，這都是垃圾資料。
隨機資料：每一次執行上述程式碼，結果可能都不一樣。
所以，必須對陣列進行初始化，這樣陣列中的資料才會有意義。
2.1.2 初始化
初始化指建立陣列後為陣列中的變數指定初始值。
初始化語法：
- 建立後通過迴圈語法結構賦值。
int num[10];
for(int i=0; i<10; i++) {
num[i]=i*10;
}
- 單個變數賦值。
int num[10];
num[0]=10;
- 邊建立邊賦值，
{}符號可以用來表示陣列字面常量。
//正確
int num[10]={1,3,4,9};
在賦值時，實際指定的值可以少於陣列的長度。如果反過來，如下程式碼則行不通。
//錯誤
int num[3]={1,3,4,9};
上述賦值程式碼，實際值超過陣列建立時的長度約束，語法上不能通過。如果邊建立、邊賦值分成 2 行，也是不行的。如下程式碼是錯誤的。
int num[3];
//錯誤
num=={1,3,4,9};
如下程式碼，省略陣列長度也是可以的，編譯器會根據給定的值判斷出陣列長度。
int num[]={1,3,4,9};
- 全部初始化為
0。如下程式碼，初始化時只指定一個值且為0時，這裡的語義不是指給陣列中的第一個變數賦值，而是為陣列中的所有變數指定初始值為0。
int num[5]={0};
//輸出陣列所有值
for(int i=0; i<5; i++) {
cout<<num[i]<<endl;
}
輸出結果：
0
0
0
0
0
如果用下面的程式碼進行初始化，語義是：陣列的第一個變數賦值為 1，其餘變數賦值都為 0。
int num[5]={1,0};
for(int i=0; i<5; i++) {
cout<<num[i]<<endl;
}
輸出結果：
1
0
0
0
0
理解上述語法的語義後，以此類推，對於下面的程式碼，想必很容易猜到輸出結果：
int num[5]={1,2,0};
for(int i=0; i<5; i++) {
cout<<num[i]<<endl;
}
C++11中提供更清晰、簡潔、安全的初始化語法。如下語法，是不是很簡潔、驚豔。陣列和{}之間可以不用等於號，太體貼了，生怕你多敲一個字母，會手痛。且為陣列中的每一個變數賦值0。沒有多餘的廢話。
int num[5] {};
for(int i=0; i<5; i++) {
cout<<num[i]<<endl;
}
當然，你一定要加一個等於號讓程式碼符合你曾經的認知也是可以的。
int num[5]= {};
除此之外，對陣列初始化時，禁止型別宿窄轉換。如下程式碼，會有編譯警告提示，2.5是浮點型別，儲存存到 int型別陣列中，是型別縮窄。C++11是禁止的。
int num[5] ={3,2.5};
2.1.3 越界問題
C++中使用陣列，沒有訪問越界一說。所謂訪問越界，指下標超過陣列建立時指定的大小範圍。
越界在
Java語言中認定是語法錯誤。
int num[5];
//理論是越界的
num[6]=20;
for(int i=0; i<7; i++) {
//輸出了 7 個資料
cout<<num[i]<<endl;
}
上述程式碼，建立陣列時，確定了陣列長度為 5，其有效下標應該是0~4。但 num[6]=20能正確執行且迴圈輸出時居然能得到 20。
0
0
34
0
0
0
20
C++並不會阻止你的訪問超過陣列邊界，但是，開發者需要從源頭上切斷這種行為。類似於相鄰兩家，關係很好，相互之間不設阻隔牆，但不意味著你能隨意出入對方家裡。
2.2.4 陣列與指標
陣列在記憶體中的儲存結構有 2 個部分：
- 儲存陣列資料的記憶體區域。
- 儲存陣列首地址的記憶體變數。
陣列名本質是指標變數，儲存著陣列的首地址，也是第一個儲存位置。
int num[5]={4,1,8,2,6};
cout<<"陣列的地址："<<num<<endl;
//輸出結果：
//陣列的地址：0x70fe00 16進位制描述的記憶體地址
如果要得到陣列第一個位置的資料，則需要使用*運算子。
int num[5]={4,1,8,2,6};
cout<<"陣列中的第一個位置的資料："<<*num<<endl;
//陣列中的第一個位置的資料：4
除了使用*運算子，還可以使用[下標]語法。兩者語法上有差異，但是語義是一樣的。可以認為[下標]訪問語法是指標訪問語法的簡化版。
int num[5]={4,1,8,2,6};
cout<<"陣列中的第一個位置的資料："<<num[0]<<endl;
//陣列中的第一個位置的資料：4
如果要訪問其它位置的資料，可以通過移動指標實現。
Tip：
num+1可以讓指標移到陣列的下一個變數位置。這裡的1具體移動多少，由建立陣列時指定的資料型別決定，如本文陣列是int型別，1便是移動4 位元組。
int num[5]={4,1,8,2,6};
cout<<"陣列中第二個位置的資料："<<*(num+1)<<endl;
//陣列中第二個位置的資料：1
當然，完全可以使用[下標]替代。
int num[5]={4,1,8,2,6};
cout<<"陣列中第二個位置的資料："<<num[1]<<endl;
指標是C++語言的一大特色，能夠讓開發者直接操作記憶體地址（屬於直接硬體操作），正因為此原因，編譯器無法干涉，所以指標移動的範圍只受限於實體記憶體大小的影響。如下程式碼能正常執行。
int num[5]={4,1,8,2,6};
//完全超界，但人家就是能執行 ，指標的手能伸到天涯海角
for(int i=0;i<1000000;i++){
cout<<*(num+i)<<endl;
}
瞭解指標的特性後，也就不會奇怪為什麼訪問陣列時能夠越界。使用指標時務必謹慎，需要靠個人行為對之約束。
2.2.5 小結
通過靜態建立語法建立的陣列，稱為靜態陣列，其特點如下：
- 在
編譯時，就需要為陣列指定大小，或說陣列大小在編碼時就必須給定。 - 靜態建立陣列時不能使用
auto關鍵字。
//錯誤語法
auto num[5];
- 陣列名中儲存有陣列大小的資訊。如下程式碼可以獲取到陣列長度。
int num[10];
//sizeof得到num實際佔用的記憶體空間，以位元組為單位
int len=sizeof(num)/4;
cout<<len;
//輸出：10
- 靜態陣列的資料儲存在
棧中，在編譯期間進行空間分配，在生命週期結束後自動回收。
2.2 動態建立
動態建立：指陣列的大小可以在執行時動態指定，除此之外，和靜態建立的底層區別在於儲存位置的不同，動態建立的陣列的資料儲存在堆中。
堆的特點：
- 開發者可以根據自己的需要提出空間使用申請。
- 當空間不再需要時，開發者需要手動釋放空間。
先看一下建立語法：
int *num=new int[10];
程式碼解釋：
num是指標變數，用來儲存陣列的首地址。new是運算子，其作用是在堆中開闢空間，並把空間的首地址返回。int[10]，指開闢空間的大小，以及儲存什麼型別的資料。
num是首地址，也是陣列中第一個位置的地址。
int *num=new int[10];
//初始化第一個位置的資料
*num=10;
cout<<"第一個位置的資料:"<<*num<<endl;
如下通過對整個陣列進行初始化：
int *num=new int[10];
for(int i=0; i<10; i++) {
*(num+i)=i*10;
}
for(int i=0; i<10; i++) {
cout<<*(num+i)<<endl;
}
輸出結果：
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
同樣可以使用[下標]語法結構，對訪問陣列。
int *num=new int[10];
for(int i=0; i<10; i++) {
num[i]=i*10;
}
for(int i=0; i<10; i++) {
cout<<num[i]<<endl;
}
動態陣列可以在執行時改變陣列的大小。靜態建立方式是一錘定音的買賣，一旦確定後，就不能再改變。如下程式碼是正確的。
int *num=new int[10];
num=new int[20];
正因為動態陣列的動態性，無法通過程式碼獲得它的長度。
int *num=new int[10];
cout<<sizeof(num)/4<<endl;
//輸出結果：2，並不是陣列的長度。
當動態陣列的使命結束後，開發者需要使用 delete運算子手動釋放陣列所佔用的空間。
int *num=new int[10];
//delete num;語法上可行，會產生不確定行為
delete [] num;
這裡要注意，如果不加[]，語法上是沒有問題的，但是，會有不確定的因素存在，所以！請務必加[]。
3. 陣列效能分析
得益於陣列記憶體結構的連續性，只要知道資料的位置，便能快速訪問到。查詢時間度複雜度可以達到O（1）。在查詢類的應用場景下，陣列儲存方案應該成為首選。
當在陣列中插入資料時，需要把資料向後移動為插入的資料挪出位置，且需要在建立陣列時預留足夠多的空間，否則會有資料丟失的風險。
//最後一位為預留位置
int num[10]= {1,2,3,4,5,6,7,8,9,0};
for(int i=0; i<10; i++) {
cout<<num[i]<<"\t";
}
cout<<endl;
int newNum=0;
int pos=0;
cout<<"請輸入要插入的資料："<<endl;
cin>>newNum;
cout<<"請輸入要插入的位置："<<endl;
cin>>pos;
//從插入位置的資料向後移動
for(int i=9; i>pos-1; i--) {
num[i]=num[i-1];
}
num[pos-1]=newNum;
for(int i=0; i<10; i++) {
cout<<num[i]<<"\t";
}
執行結果：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
請輸入要插入的資料：
13
請輸入要插入的位置：
5
1 2 3 4 13 5 6 7 8 9
刪除資料時，需要把資料刪除位置之後的資料向刪除位置移動（向前）。
int num[10]= {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
for(int i=0; i<10; i++) {
cout<<num[i]<<"\t";
}
cout<<endl;
int pos=0;
cout<<"請輸入要刪除的位置："<<endl;
cin>>pos;
//從插入位置的資料向前移動
for(int i=pos-1; pos<8; i++) {
num[i]=num[i+1];
}
//最後一位補 0
num[9]=0;
for(int i=0; i<10; i++) {
cout<<num[i]<<"\t";
}
執行結果：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
請輸入要刪除的位置：
4
1 2 3 5 6 7 8 9 10 0
在陣列中插入、刪除資料的時間複雜度為O（n）。
在頻繁需要插入、刪除的應用場景下，可以選擇比陣列效能更好的連結串列。
4. 總結
本文介紹了陣列的 2 種建立方式，並對陣列的操作效能做了簡單的分析。陣列遍歷時是通過底層的指標移動來實現的。指標是C系列語言的一大特點，是一把雙刃劍，用的好能禦敵千里之外，用的不好！bug滿天飛。