Перейти к содержимому

Массив — простой и мощный инструмент программиста

Массив — одна из базовых структур данных. По сути это набор элементов одного типа, расположенных в памяти подряд и доступных по индексу. Простота не мешает массиву быть в основе многих алгоритмов и более сложных структур.

Что важно знать в начале

  • Индексация обычно начинается с нуля: первый элемент имеет индекс 0.
  • Доступ к элементу по индексу выполняется за константное время, то есть очень быстро.
  • Массивы бывают статическими и динамическими. В статическом размере фиксированы, в динамическом — можно расширять.

Типы массивов

  • Одномерный — просто список значений: [a0, a1, a2, …].
  • Двумерный и многомерный — таблицы и их обобщения.
  • Зубчатые (jagged) массивы — массив массивов, где длина вложенных массиво́в может отличаться.

Базовые операции и их сложность

  • Чтение/запись по индексу: O(1).
  • Поиск по значению при полном проходе: O(n).
  • Вставка или удаление в середине: O(n) — потому что нужно сдвинуть элементы.
  • Добавление в конец у динамических массивов: амортизированно O(1); при переполнении — копирование всего массива.

Как массив хранится в памяти

Низкоуровневые массивы размещаются непрерывно: элементы идут подряд. Это даёт экономию памяти и преимущества в кэшировании. Но именно непрерывность делает вставки и удаления затратными, если речь о середине коллекции.

Примеры использования

Массивы подходят для хранения упорядоченных наборов: последовательности значений, таблицы, буферы. Их используют при реализации сортировок, при работе с матрицами, при хранении данных, которые нужно быстро читать по индексу.

Короткие примеры кода

Синтаксис разный, идея одна. Здесь примеры, чтобы увидеть различия.

// C: статический массив и доступ
int a[5] = {10, 20, 30, 40, 50};
int x = a[2]; // 30
# Python: список как динамический массив
a = [10, 20, 30, 40, 50]
x = a[2]           # 30
a.append(60)       # добавление в конец
a.insert(2, 25)    # вставка в середину (сдвиг элементов)
// JavaScript: массивы гибкие
let a = [10, 20, 30];
a.push(40);        // добавить в конец
a.splice(1, 0, 15);// вставить 15 на позицию 1
// Java: одномерный и двумерный массив
int[] a = {10,20,30};
int[][] m = {{1,2,3},{4,5,6}};
int x = m[1][2]; // 6

Практические советы

  • Если нужны частые вставки и удаления в середине — рассмотрите связный список или дек.
  • Когда важна быстрая проверка наличия элемента и порядок не обязателен, используйте хеш-структуры.
  • Для больших объёмов данных учитывайте размер элемента: чем он больше, тем быстрее растут затраты при копировании.
  • Если доступ по индексу важнее всего, массив — лучший выбор.

Распространённые ошибки

  • Выход за границы массива — частая причина ошибок и падений программы.
  • Неправильное предположение о начальной индексации: в некоторых языках (например, Fortran, MATLAB) индексация начинается с 1.
  • Ожидание, что массив автоматически оптимизирует вставки в середине — не так.

Итог

Массив — это сочетание скорости доступа и простоты. Он не универсален, но там, где нужен быстрый доступ по индексу и предсказуемая модель памяти, массив остаётся лучшим выбором. Зная его сильные и слабые стороны, можно подобрать правильную структуру для конкретной задачи и избежать типичных ошибок.