数据结构之php实现数组_PHP

说到数组，几乎每个IT江湖人士都不陌生，甚至过半人还会很自信觉得它很简单。 的确，在大多数编程语言中几乎都会有数组的影子。不过它不仅仅是一种基础的数据类型，更是一种基础的数据结构。


一、概念

 

那什么是数组呢?  我们一起来看下定义:

在计算机科学中，数组数据结构（英语：array data structure），简称数组（英语：Array），是由相同类型的元素（element）的集合所组成的数据结构，分配一块连续的内存来存储

维基百科

 

正如以上所述， 数组在应用上属于数据的一个集合， 就是一个容器。不过我需要补充一点的是， 数组在数据结构范畴属于一种线性数据结构， 也就是只有前置节点和后续节点的数据结构。除了数组， 像平时所用的队列，栈，链表等也都是属于线性结构。

 

数据结构之php实现数组_实现数组_02

数组存储图形

相比各位IT江湖人士都知道的一件事情, 大部分的变成语言中数组的下标是从 0 开始编号的, 为什么这个与我们平时生活中从1开始编号的习惯相比有点"反人类"呢？

因为，数组在内存中是连续存储的， 当数组初始化后，数组的长度固定不变；需要增加数组长度时，由于数组的存储空间附近可能被其他数据存储的空间占用， 所以只能创建一片新的存储空间用来存储数组。而获取数组元素时，获取规则为：数组下标 * 数组类型字节大小 + 数组首地址的方式进行获取。如：一个int类型（4个字节）的数组，假设首地址为“2”。那么，第一位元素的地址 = 0 * 4 + 2；第二位元素的地址 = 1 * 4 + 2。

我们列出一个公式来进行分析一下。
  •  
// 下标从0开始arr[i] = i * type_bytes(4) + base_address
// 下标从1开始arr[i] = (i -1) * type_bytes(4) + base_address
比较两个计算公式可以发现公式（2）每次CPU寻址需要多一次 i-1的操作，即多了一次减法的指令运算。对于数组这种基础数据结构，无论在哪种高级程序语言中，都是频繁间接（作为容器的基础数据结构，比如Java的ArrayList）或者直接被使用的，因此要尽量减少其消耗CPU资源。二、代码实现
<?php

class ArrayStruct
{

    // 数组实际元素

private $size = 0;

    // 用于存放数据

    private $data = [];

// 用于标记数组的容量大小

private $capacity = 10;

    /**
* 构造函数 定义数组容量
* ArrayStruct constructor.
* @param int $capacity
*/

    public function __construct(int $capacity = 10)
{

$this->capacity = $capacity;

 

    }

/**
     * 获取数组元素个数
     * @return int
     */
public function getSize(): int
{

return $this->size;

 

    }

/**
     * 获取数组的容量
     * @return int
     */
public function getCapacity(): int
{

return $this->capacity;

 

    }

/**
     * 判断数组是否为空
     * @return bool
     */
public function isEmpty(): bool
{

return $this->size == 0;

 

    }

/**
     * 向数组指定位置插入元素
     * @param int $index
     * @param $e
     * @throws Exception
     */
public function add(int $index, $e): void
{
if ($this->size == $this->capacity) {
$this->resize(2); //扩大到原来的2倍
        }

if ($index < 0 || $index > $this->size) {
echo "添加位置超出数组大小";
exit;

}

 

        //为了方便理解，[1,2,4,5,6],假设 $index = 3; $e = 100,插入之后[1,2,4,100,5,6]
for ($i = $this->size; $i >= $index; $i--) {
$this->data[$i] = $this->data[$i - 1];

}

 

        $this->data[$index] = $e;

$this->size++;

 

    }

/**
     * 向数组末尾添加元素
     * @param $e
     * @throws Exception
     */
public function addLast($e): void
{

$this->add($this->size, $e);

 

    }

/**
     * 向数组开头插入元素
     * @param $e
     * @throws Exception
     */
public function addFirst($e): void
{

$this->add(0, $e);

 

    }

/**
     * 获取 index 位置数组元素
     * @param int $index
     * @return mixed
     */
public function get(int $index)
{
if ($index < 0 || $index > $this->size) {
echo "index值超出元素的位置范围，";
exit;

}

 

return $this->data[$index];

 

    }

/**
     * 判断数组中是否存在某个元素
     * @param $e
     * @return bool
     */
public function contains($e): bool
{
for ($i = 1; $i < $this->size; $i++) {
if ($this->data[$i] == $e) {
return true;
            }
        }

return false;

 

    }

/**
     * 查某个元素在数组的位置索引值，若不存在则返回 -1
     * @param $e
     * @return int
     */
public function find($e): int
{
for ($i = 0; $i < $this->size; $i++) {
if ($this->data[$i] == $e) {
return $i;
            }
        }

return -1;

 

    }

/**
     * 删除数组指定位置元素，返回删除元素的值
     * @param $index
     * @return mixed
     */
public function remove($index)
{
if ($index < 0 || $index > $this->size) {
echo "index值超出元素的位置范围，";
exit;
        }
        $e = $this->data[$index];

for ($i = $index; $i < $this->size - 1; $i++) {
$this->data[$i] = $this->data[$i + 1];
        }
$this->size--;

$this->data[$this->size] = null;

/** 若当前数组大小，小于容量的一半，则重新分配一半的数组空间大小 **/
if ($this->size <= $this->capacity / 4 && $this->capacity % 2 == 0) {
$this->resize(0.5);

}

 

        return $e;
    }

/**
     * 删除数组首个元素，返回删除元素的值
     */
public function removeFirst()
{

return $this->remove(0);

 

    }

/**
     * 删除数组首个元素，返回删除元素的值
     */
public function removeLast()
{

return $this->remove($this->size);

 

    }

/**
     * 删除数组中特定元素
     * @param $e
     */
public function removeElement($e)
{
for ($i = 0; $i < $this->size; $i++) {
if ($this->data[$i] == $e) {
$this->remove($i);
$this->removeElement($e);
break;
            }

}

 

    }

/**
     * 数组扩容，若是其他语言，如JAVA这里需要重新开辟空间
     * @param $factor
     */
protected function resize($factor)
{

$this->capacity = $factor * $this->capacity;

 

    }

/**
     * 将数组转化为字符串
     * @return string
     */
public function toString(): string

{

        $str = 'Array: size = ' . $this->size . ',' . 'capacity = ' . $this->capacity . PHP_EOL;

        $str .= "[";

for ($i = 0; $i < $this->size; $i ++) {

            $str .= $this->data[$i];

            if ($i != $this->size - 1) {

                $str .= ',';

            }

}

 

        $str .= "]";

return $str;

 

    }

}

 

$arrayStructure = new ArrayStructure(15);

$arrayStructure->add(0, 1);

$arrayStructure->add(1, 2);

$arrayStructure->add(2, 3);

echo $arrayStructure->toString();

 

 

$arrayStructure->add(2, 4);

echo $arrayStructure->toString();

 

$arrayStructure->addFirst(- 72);

echo $arrayStructure->toString();

 

echo $arrayStructure->remove(0) . PHP_EOL;

echo $arrayStructure->toString();

 

echo $arrayStructure->removeLast() . PHP_EOL;

echo $arrayStructure->toString();


三、复杂度简单分析

O: 描述是算法的运行时间 和 输入数据之间的关系 ---  程序运行时间 和 数数据 成线性关系 O(n)

 

添加操作

  •  
addLast(num)         O(1)addFirst(num)        O(n)addIndex(index,num)  O(n)   严格计算需要一些概率论知识

 

删除操作

  •  
removeLast(num)      O(1)removeFisrt()        O(n)remove(index, num)   O(n/2) = O(n)

 

查找操作

  •  
getIndex(index)     O(1)contains(num)       O(n)find(num)           O(n)

 

数据结构之php实现数组_实现数组_03