1、什麼是數組？
數組（Array）是一種線性表數據結構。它用一組連續的內存空間，來存儲一組具有相同類型的數據。
概念解析：
線性表：線性表就是數據排成像一條線一樣的結構。每個線性表上的數據最多隻有前和後兩個方向。其實除了數組，鏈表、隊列、棧等也是線性表結構。
連續的內存空間和相同類型的數據：所以數組根據下標具有隨機訪問特性，這兩個限制也讓數組的很多操作變得非常低效，比如要想在數組中刪除、插入一個數據，爲了保證連續性，就需要做大量的數據搬移工作。
2、數組是如何實現根據下標隨機訪問數組元素的嗎？
舉例：長度爲 10 的 int 類型的數組 int[] a = new int[10]來舉例。在我畫的這個圖中，計算機給數組分配了一塊連續內存空間 1000～1039，其中，內存塊的首地址爲 base_address = 1000。
計算機會給每個內存單元分配一個地址，計算機通過地址來訪問內存中的數據。當計算機需要隨機訪問數組中的某個元素時，首先通過下面的尋址公式，計算出該元素存儲的內存地址：
1 a[i]_address = base_address + i * data_type_size 2 3 data_type_size 表示數組中每個元素的大小。我們舉的這個例子裏，數組中存儲的是 int 類型數據，所以 data_type_size 就爲 4 個字節。
面試常見問題：數組和鏈表的區別？
“鏈表適合插入、刪除，時間複雜度 O(1)；數組的查找操作時間複雜度並不是O(1)。即便是排好的數組，用二分查找，時間複雜度也是O（logn）。所以應該這麼說：數組支持隨機訪問，根據下標隨機訪問的時間複雜度爲 O(1)。
3、數組低效的“插入”和“刪除”
低效原因：
數組爲了保持內存數據的連續性，會導致插入、刪除這兩個操作比較低效，因爲需要搬移數據。 插入： 假設數組長度爲n，要將一個數據插入到第 k 個位置，爲了把第 k 個位置騰出來，我們需要將k～n這部分元素順序的向後移動一位。 插入的時間複雜度： 最好情況：在數組的末尾插入元素，不需要移動數據了，時間複雜度爲O(1)。 最壞情況：在開頭插入元素，那就需要把所有的數據向後移動一位，時間複雜度爲O(n)。 平均時間複雜度：(1+2+…+n)/n = O(n)。
刪除：和插入類似，如果刪除數組末尾的數據，則最好情況時間複雜度爲O(1)，如果要刪除開頭數據，則最壞情況時間複雜度爲O(n)，平均時間複雜度爲O(n)。
改進方法：
插入：
如果數組中的元素沒有任何規律，數組只是被當作一個數據集合，在這種情況下，如果要將某個數據插入到第k個位置，爲了避免大規模的數據遷移，一個簡單的辦法就是直接將現在第k個元素放到最後，
把新元素放進來。
例如：arr[10] = {a,b,c,d,e}要將x插入第三個位置arr[10]={a,b,x,d,e,c}
這樣插入的時間複雜度爲O(1)，這種方法在快速排序中也會用到。
刪除：
在某些特殊情況下，我們並不一定非得追求數組中數據的連續性，如果我們將多次刪除操作放在一起執行，效率會高很多。
舉個例子：a[10]={a,b,c,d,e,f,g,h} 如果我們要依次刪除abc三個元素，需要搬移三次後面的數據，爲了避免這個重複的搬移工作，可以先記錄下來已經刪除的數據，
每次的刪除操作並不是真正的搬移數據，只是記錄數據已經被刪除，當數組中沒有更多的空間存儲數據時，我們再觸發執行一次真正的刪除操作，這樣就大大減少了搬移工作，
這也是標記清除垃圾回收算法的核心思想。
4、 數組越界問題
首先看一段C語言代碼：
1 int main(int argc, char* argv[]){ 2 int i = 0; 3 int arr[3] = {0}; 4 for(; i<=3; i++){ 5 arr[i] = 0; 6 printf("hello world\n"); 7 } 8 return 0; 9 }
這段代碼的結果並不是打印三行hello world，而是無限打印hello world。爲啥呢？
因爲在C語言中，除了受限制的內存，其他所有內存空間都是可以自由訪問的。a[3]也會被定位到某塊不屬於數組的內存地址上，而這個地址正好是存儲變量 i 的內存地址，那麼 a[3]=0 就相當於 i=0，所以就會導致代碼無限循環。
那爲什麼會無限打印呢？
根據我所學和百度的知識解釋下：函數體內的局部變量存在棧區，在Linux內存佈局中，棧區在高地址空間，從高到低增長，先int i = 0;再int arr[3]={0};變量i和arr地址相鄰，並且i地址比arr地址大，首先壓棧的i，a[2]，a[1]，a[0]，循環中arr訪問越界正好到i，而此時i變量的地址是數組當前進程的，所以進行修改的時候，操作系統並不會終止進程。當然這只是32位操作系統下，64位操作系統下 默認會進行8字節對齊 變量i的地址就不緊跟着數組後面了。另外這個還和編譯環境有關，對於不同的編譯器，在內存分配時，會按照內存地址遞增或遞減的方式進行分配。如果是內存地址遞減的方式，就會造成無限循環。
5、容器和數組
相比於數組，Java中的ArrayList封裝了數組的很多操作，並支持動態擴容，每次存儲空間不夠的時候，它都會將空間自動擴容爲 1.5 倍大小。但是一旦超過存儲容量，擴容時比較耗時，因爲涉及到內存申請和數據搬移。
所以，如果事先能確定需要存儲的數據大小，最好在創建 ArrayList 的時候事先指定數據大小。比如我們要從數據庫中取出 10000 條數據放入 ArrayList。我們看下面這幾行代碼，你會發現，相比之下，事先指定數據大小可以省掉很多次內存申請和數據搬移操作。
ArrayList<User> users = new ArrayList(10000); for (int i = 0; i < 10000; ++i) { users.add(xxx); }
數組適合的場景：
1） Java ArrayList 的使用涉及裝箱拆箱，有一定的性能損耗，如果特別關注性能，可以考慮數組；
2） 若數據大小事先已知，並且涉及的數據操作非常簡單，可以使用數組；
3） 表示多維數組時，數組往往更加直觀；
4） 業務開發使用容器即可。若涉及底層開發，如網絡框架，性能優化等，則最好選擇數組。
6、解答開篇問題
1、 效率原因：
從內存模型來看，“下標”也稱爲“偏移”。我們知道在C語言中數組名代表首地址(第一個元素的地址)，a[0]就是偏移爲 0 的位置。a[k]就表示偏移 k 個元素類型大小的位置。得出計算公式： a[k]_address = base_address + k * type_size
但是鑰匙從 1 開始計數，那這個公式就會變爲：
a[k]_address = base_address + (k-1) * type_size 對比兩個公式，如果從 1 開始編號，每次隨機訪問數組元素就多了一次減法運算，對於CPU來說就是多了一次減法指令。 數組作爲非常基礎的數據結構，通過下標訪問數組元素又是數組上的基礎操作，效率優化應做的很好，所以爲了減少一次減法操作，數組選擇了從 0 開始編號。
2、歷史原因：
C語言的設計者用 0 開始計數下標，之後的Java、C++等高級語言都效仿C語言，沿用了從0開始計數的習慣。 還有一些語言並不是從0開始計數的，如：Matlab。 甚至Python還支持負數下標。