數據結構是編程的基石,而數組和鏈表作爲最基礎的兩種數據結構,幾乎在所有程序中都會用到。對於初學者來說,理解它們的區別和適用場景,能幫你在後續學習中做出更合理的選擇。下面我們用最簡單的方式,聊聊數組和鏈表到底有什麼不同。

數組:連續的“座位排”

想象你是班級的體育委員,要統計全班同學的身高。你讓大家按學號排成一排,每個人(元素)的位置是固定的,比如第1個位置是小明,第2個是小紅,第3個是小剛……這個“一排固定位置”的存儲方式,就是數組。

數組的核心特點:
- 連續存儲:所有元素在內存中佔據一片連續的空間,每個元素都有一個唯一的“位置編號”(也就是索引,比如第0個、第1個、第2個)。
- 隨機訪問:根據索引直接找到元素,比如要找第3個元素(索引爲2),直接定位到那個位置,時間複雜度是 O(1)(常數時間)。
- 大小固定(初始分配):數組在創建時通常需要預先確定大小,比如聲明一個長度爲10的數組,系統會分配10個連續的內存單元。如果後續需要更大的空間,必須重新分配一塊更大的連續內存,把原有元素複製過去(這個過程會消耗時間)。

鏈表:分散的“糖葫蘆串”

如果同學們不想排隊(空間不夠),你可以讓他們各自拿着一張小紙條,上面寫着“下一個同學的名字”。比如:小明的紙條寫着小紅,小紅寫着小剛,小剛寫着小芳……這樣每個人(節點)之間通過紙條(指針/引用)連接起來,這就是鏈表。

鏈表的核心特點:
- 分散存儲:元素可以存在內存中的任何位置,每個元素(節點)不僅存儲數據,還存儲指向下一個節點的“指針”(或引用)。
- 無法隨機訪問:要找到第k個元素,必須從頭節點開始,依次通過指針找到每個節點,時間複雜度是 O(n)(線性時間)。比如找第3個元素(小剛),需要先找到小明(第1個)→小紅(第2個)→小剛(第3個)。
- 動態擴展:不需要預先分配固定大小的連續內存,新節點可以隨時添加到鏈表末尾或中間,只要內存允許,非常靈活。

關鍵區別對比

對比維度 數組 鏈表
存儲方式 連續內存空間 分散內存空間(節點+指針)
訪問速度 按索引直接訪問(O(1)) 需從頭遍歷(O(n))
插入/刪除 中間插入刪除需移動元素(O(n)) 中間插入刪除只需改指針(O(1))
內存佔用 可能浪費連續空間(固定大小) 無連續空間浪費,更靈活
動態擴展 需擴容複製(效率低) 無需預分配,隨時添加

適用場景總結

  • 用數組的情況
    需要頻繁按索引訪問元素(比如遊戲中按座標取地圖數據),或元素數量固定且已知(比如存儲學生成績表),且操作以“末尾添加/刪除”爲主。

  • 用鏈表的情況
    需要頻繁在中間插入/刪除元素(比如實現隊列、棧、鏈表式哈希表),或元素數量不確定(比如動態存儲大量數據),且對隨機訪問需求低。

舉個小例子鞏固理解

假設我們要實現一個“學生鏈表”,記錄姓名和學號,現在需要:
1. 添加小明(學號1)
2. 添加小紅(學號2)
3. 在小明和小紅之間插入小剛(學號3)

用數組實現:
數組長度固定爲n,初始是[null, null],插入小明到數組[0],小紅到[1],再插入小剛到[0]後面時,需要把小明、小紅都往後移一位,數組變成[null, 小明, 小紅, 小剛],操作麻煩且浪費空間。

用鏈表實現:
小明的指針指向小紅,小紅的指針指向null。插入小剛時,只需要讓小明的指針指向小剛,小剛的指針指向小紅,鏈表變成小明→小剛→小紅,無需移動任何元素,直接改指針即可。

數組和鏈表沒有絕對的“好壞”,只有“是否適合”。理解它們的底層存儲和操作差異,才能在編程中寫出更高效的代碼。對於初學者來說,多練習用數組模擬簡單場景(比如存儲學生成績),再嘗試用鏈表解決動態增刪問題(比如簡單的列表操作),就能很快掌握它們的核心區別啦!

小夜