动态数组如何实现？揭秘内存分配与元素添加！

引言：

提到数组，大部分脑海里一下子想到了一堆东西：int long short byte float double　boolean　char String 这些是我们经常使用的数据类型，同时也是最基本的。而数组是把这种数据类型组合在一起，让我们可以用一个变量名来管理多个这种类型的数据。

但数组有一个很令人头疼的缺点——它的大小是固 固的，也就是我们创建数组的时候，就要知道它的大小。而在使用数组的时候，可能我们还需要更多的数据，所以数组必须要扩容，扩容又非常麻烦。

那么有没有一个容器可以既是数组又可以动态扩展呢？答案是动态数组，又名可变长数组，就是解决这个问题的。

动态数组，顾名思义，就是数组的大小是动态扩展的。这种数据类型在很多语言里是内置的，即使是数据类型不在是内置的，也会提供一些动态数组的支持。

本文将详细解析动态数组的底层实现原理，揭晓内存分配与元素添加的奥秘，并通过代码示例，揭开动态数组背后的技术奥秘。

那么它是如何做到这一切的呢？

动态数组的实现原理比较简单，它其实就是一个数组的首地址，也就是内存起始位置，同时有一个变量来记录元素个数（很多语言里这个变量也叫size）。

这和我们平时理解的数组有一个本质区别，那就是数组的首地址和长度两个变量才是动态数组本身，它本身其实不占位置，而普通数组占的空间就是元素的总和了。

这有个非常明显的优点，那就是空间的利用率更高，虽然我们可以通过某些手段，如linkedlist，前向后指针，达到同样效果，但始终不如动态数组这种对内存管理要求更低，更直接粗暴的内存管理来的高。

动态数组的缺陷也很明显，那就是扩容后，如果空间不够，会引起内存的再一次分配，非常耗时。在扩容的时候，原先内存中的数据会拷贝到新的内存中，这当然也非常耗时间。

当然，解决这些缺点的方法，也是很直接的，就是不要这么频繁的扩容。

实现一个数组的内存分配过程

class Array:
    def __init__(self):
        self.size = 0 # 记录数组的当前元素个数
        self.arr = [] # 元素存放的列表

    # 当数组中元素个数等于数组长度时，执行元素扩容
    def expand(self):
        self.size *= 2 # 增加两倍空间
        self.arr = self.arr[:self.size] # 再创建列表，原有元素在扩容后仍然存在

    # 数组元素个数 + 1，并插入元素
    def add(self, value):
        self.arr.append(value)
        self.size += 1

    # 删除元素
    def delete(self, index):
        del self.arr[index] # 删除元素
        self.size -= 1 # 数组元素个数 - 1


# 创建一个数组，并往其中添加元素
a = Array()
a.add(1)
a.add(2)
a.add(3)
a.add(4)

# 数组已经扩容一次了，虽然数组长度变大了，但数组中只有前 3个元素
a.add(5)

# 输出当前数组中的元素
print(a.arr) # 输出结果：1，2，3，4，5