Джулиан Бакнелл - Фундаментальные алгоритмы и структуры данных в Delphi

Некоторые считают, что работать с массивом, объявленном во втором примере, удобнее (в конце концов, первый элемент имеет индекс 1).

Тем не менее, нужно сказать несколько слов о работе с массивами, индексация которых начинается с нуля. Во-первых, очень часто в API-интерфейсах операционных систем Windows и Linux, а также Delphi-библиотеках VCL и CLX предполагается, что первый элемент в массиве имеет индекс 0. Кроме того, в языках программирования С, С++ и Java индексация всех массивов обязательно начинается с 0. Поскольку и Windows, и Linux реализованы на С (или С++), при вызове API-функций считается, что индекс первого элемента массива равен 0.

Во-вторых, индексация динамических массивов начинается с 0. Поэтому, если вы хотите использовать этот очень гибкий тип, начинайте нумерацию элементов массивов с 0.

В-третьих, если вы передаете массивы в качестве параметров функциям (скоро мы перейдем к рассмотрению открытых массивов), то функция Low (которая возвращает индекс первого элемента массива) внутри некоторой функции будет возвращать 0 независимо от того, как массив объявлен вне этой функции. (Обратите внимание, что сказанное было справедливо для всех версий Delphi на момент написания книги; в будущих версиях, возможно, будет введена возможность индексирования элементов массивов в функциях по реальным индексам.)

Еще один момент, о котором необходимо помнить, - для основных типов массивов, элементы которых располагаются в памяти непрерывно, вычисление адреса элемента N (т.е. элемента MyArray[N]) в случае индексации с 0 производится по следующему выражению:

AddressOfElementN :=

AddressOfArray + (N * sizeof(ElementType));

Если же индексация массива начинается с X, то адрес элемента N будет вычисляться в соответствии с выражением:

AddressOfElementN :=

AddressOfArray + ((N - X) * sizeof(ElementType));

Как видите, в последнем случае выражение несколько сложнее. Несмотря на то что вычисление адреса каждого отдельного элемента лишь немного медленнее (о снижении быстродействия можно даже не говорить), при использовании нескольких массивов снижение скорости работы приложения вследствие того, что индексация элементов всех массивов начинается не с 0, может оказаться весьма существенной.

И в качестве последнего аргумента в пользу применения массивов, индексация элементов которых начинается с нуля, может служить удобство вычислений и программирования. Например, если доступ ко всем элементам осуществляется в цикле For, компилятор получает возможность оптимизировать цикл таким образом, чтобы последним значением переменной цикла был 0, поскольку сравнение с 0 в конце цикла будет быстрее, нежели сравнение с произвольным числом. В книге можно будет встретить несколько таких примеров. Таким образом, учитывая все вышесказанное, имеет смысл использовать массивы, первый элемент которых имеет индекс 0.

Так что же такого замечательного в использовании массивов в качестве структуры данных? Во-первых, вычисление адресов элементов выполняется очень быстро. Как уже говорилось, для этого нужно всего лишь умножение и сложение. При получении доступа к элементу N (MyArray [N]) компилятор для вычисления адреса добавляет простой машинный код. Независимо от значения числа N, формула для вычисления адреса будет одной и той же. Другими словами, получение доступа к элементу с индексом N принадлежит к классу операций O(1) и не зависит от величины N.

Во-вторых, можно вспомнить понятие локальности ссылок. Элементы массива расположены в памяти последовательно друг за другом. При последовательном прохождении всех элементов сама операционная система способствует высокой скорости работы, поскольку в одной странице памяти будут находиться сразу несколько элементов, поэтому дополнительные операции обмена страницами между диском и памятью выполнять не придется.

До сих пор мы рассматривали только преимущества массивов, но хотелось бы знать и об их недостатках. Первый недостаток связан с операциями вставки и удаления элементов. Что происходит, если, например, в массив необходимо вставить новый элемент с индексом n? В общем случае, все элементы с индексами, начиная с n и до конца массива, потребуется переместить на одну позицию, чтобы освободить место под новый элемент. А фактически выполняется следующий блок кода:

{сначала освободить место под новый элемент}

for i := LastElement downto N do

MyArray[i+1] := MyArray[i];

{вставить новый элемент в позицию с индексом N}

MyArray[N] := NewElement;

{увеличить значение длины массива на единицу}