Что такое массив?

• Массив — это набор элементов, каждый из которых идентифицируется индексом или ключом.
• Массивы имеют фиксированный и динамический размер
• Однородные элементы → все элементы массива имеют один и тот же тип данных.
• Разнородные элементы → допускается использование разных типов данных в одном массиве.

// Homogeneous 
int[] intArray = new int[5]; // Array of integers String[] 
stringArray = new String[5]; // Array of strings

// Heterogeneous
mixedArray = [1, "hello", 3.14, True]  # Mixed data types in one list

Характеристики массивов

• Индексация: индексация с нулевой отсчетом в большинстве языков программирования.
• Размер: фиксированный размер (статический), не может быть изменен динамически (кроме языков с динамическими массивами).
• Распределение памяти: непрерывное выделение памяти для элементов массива. это означает, что каждый элемент находится непосредственно рядом с предыдущим в памяти. Это возможно, поскольку все элементы имеют одинаковый размер, что позволяет системе вычислить адрес памяти любого элемента по его индексу.

Операции с массивами

• Вставка: обычно включает в себя сдвиг элементов, временная сложность O(n).
• Удаление. Подобно вставке, элементы, возможно, придется сместить. Кроме последнего индекса
• Обход: перебор всех элементов, временная сложность O(n).
• Время доступа: временная сложность O(1) для доступа к элементу по его индексу.

Типы массивов

• Одномерный массив: простейшая форма, например список.
• Многомерный массив: массивы массивов (например, 2D-массив).
• Неровный массив: массивы с подмассивами разной длины.
• Динамические массивы (например, ArrayList в Java): массивы, размер которых может динамически увеличиваться.

Преимущества массивов

• Эффективность: время доступа к элементам O(1).
• Использование памяти: эффективное использование памяти благодаря непрерывному хранению.
• Простота использования: упрощает управление данными и такие операции, как сортировка и поиск

Недостатки массивов

• Фиксированный размер: невозможно изменить размер после его объявления. кроме динамического массива
• Стоимость вставки/удаления: O(n) для вставки или удаления элемента, особенно в середине.
• Потеря памяти: неиспользуемые элементы по-прежнему занимают место.

Реальные применения массивов

• Хранение данных: часто используется в программировании для хранения коллекций элементов.
• Алгоритмы сортировки: многие алгоритмы сортировки разработаны для массивов (например, QuickSort, MergeSort).
• Матричные операции: двумерные массивы используются для матричных операций в математике и графике.
• Реализация стеков и очередей: базовые структуры данных можно реализовать с помощью массивов.

Лучшие практики работы с массивами

• Избегайте ненужных копий: помните об операциях, требующих копирования элементов.
• При необходимости используйте динамические массивы: если размер неизвестен, отдайте предпочтение динамическим массивам.
• Используйте встроенные функции: используйте функции, специфичные для языка, для операций с массивами.
• Проверка границ: всегда проверяйте граничные условия, чтобы избежать исключения IndexOutOfBoundsException.

Пример статического и динамического массива в GO

package main

import (
    "fmt"
    "unsafe"
)

func main() {
    // Static Array
    var staticArr [5]int64
    staticArr[0] = 1
    staticArr[1] = 2
    staticArr[2] = 3
    staticArr[3] = 4
    staticArr[4] = 5
    elementSize := unsafe.Sizeof(staticArr[0])
    totalSize := elementSize * uintptr(len(staticArr))
    fmt.Printf("Memory used by static array: %d bytes\n", totalSize)
    fmt.Println()

    // Dynamic Array (Slice)
    dynamicArr := make([]int32, 0, 5)
    before := unsafe.Sizeof(dynamicArr[0])
    beforeTotal := before * uintptr(len(dynamicArr))
    fmt.Printf("Memory used by dynamic array (before): %d bytes\n", beforeTotal)

    // Append elements to dynamic array
    for i := 0; i